EP4119258A1 - Verfahren zum betreiben einer thixomoldingmaschine und thixomoldingmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer thixomoldingmaschine und thixomoldingmaschine Download PDF

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EP4119258A1
EP4119258A1 EP22182525.0A EP22182525A EP4119258A1 EP 4119258 A1 EP4119258 A1 EP 4119258A1 EP 22182525 A EP22182525 A EP 22182525A EP 4119258 A1 EP4119258 A1 EP 4119258A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dwell time
injection unit
thixomolding
determined
thixomolding machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP22182525.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Timo GÜNZEL
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.)
Guangdong Yizumi Precision Machinery Co Ltd
Yizumi Germany GmbH
Original Assignee
Guangdong Yizumi Precision Machinery Co Ltd
Yizumi Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Yizumi Precision Machinery Co Ltd, Yizumi Germany GmbH filed Critical Guangdong Yizumi Precision Machinery Co Ltd
Publication of EP4119258A1 publication Critical patent/EP4119258A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/203—Injection pistons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/2038—Heating, cooling or lubricating the injection unit
    • 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
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    • B22D17/2061—Means for forcing the molten metal into the die using screws
    • 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
    • B22D17/32—Controlling equipment

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a thixomolding machine and a thixomolding machine.
  • Thixomolding machines are known from the prior art in a variety of designs. Powdered material is usually introduced into a screw-cylinder combination, plasticized there and then injected into a tool. In order to operate the production processes on thixomolding machines, various machine parameters such as cycle times, injection times, screw stroke or the like are controlled during operation of the thixomolding machine.
  • the thixomolding machine is usually designed with regard to such parameters for a special product to be manufactured. In the case of a product change in particular, an adjustment of the parameters in order to obtain optimal material properties for the product is often only possible by manual and iterative adjustment. In particular, this usually leads to high material and energy consumption.
  • the method according to the invention for operating a thixomolding machine offers the advantage that different types of high-quality components can be reliably produced with low material and energy expenditure.
  • a dwell time is considered to be a time that a certain part of the material spends inside the injection unit, that is, which has elapsed since this part of the material was filled into the injection unit.
  • the dwell time corresponds to the time for which the material is plasticized in the injection unit, that is, for example, it is heated or kept at the right temperature.
  • the casting tool is preferably an injection molding tool and/or a die casting tool.
  • the dwell time is preferably determined specifically for a shot volume of an upcoming shot in the injection unit.
  • the shot volume corresponds to the proportion of material within the injection unit that is sprayed off in the next injection cycle.
  • the maximum dwell time can preferably be viewed as the total time that the part of the material in the shot volume spends within the injection unit until it is ejected.
  • the residence time is largely responsible for the quality of the component to be manufactured. For example, if material is injected after too short a dwell time, it may happen that the material is not yet fully plasticized. As a result, unmelted solid parts can still be present in the melted material to be ejected.
  • Taking the dwell time into account when operating the thixomolding machine offers numerous advantages when injection molding components.
  • optimal material properties can be ensured during injection molding. This enables, on the one hand, a high quality of the component to be produced and, on the other hand, a low-wear operation of the thixomolding machine.
  • the injection unit can be stopped so that damage to the injection unit and ejection of the material with insufficient material properties can be avoided.
  • material consumption when operating the thixomolding machine can be kept particularly low because, for example, rejects due to dwell times outside the dwell time range can be avoided.
  • the method thus allows permanent calculation, observation and monitoring of the utilization of the injection unit.
  • the heating device of the injection unit can be actuated automatically based on the determined dwell time, provided the dwell time is still within the dwell time range.
  • the heating device is preferably actuated in such a way that when the dwell time falls compared to an optimal dwell time, the heating output of the heating device is increased in order to enable the desired optimal material properties of the component to be produced. If the dwell time is increased, the heat output of the heating device can preferably be reduced in order to avoid excessive heating when the material is being plasticized.
  • Such a proactive heating control offers the further advantage of a particularly low energy consumption of the thixomolding machine. In particular, the energy consumption of the thixomolding machine can be reduced, for example compared to operation with the same predetermined heating control throughout the entire operation.
  • the injection unit can be regulated in such a way that the dwell time remains within the dwell time range.
  • the operating parameters can be automatically adjusted by the thixomolding machine itself.
  • the injection unit can be stopped as an emergency measure to prevent damage to the thixomolding machine or to avoid rejects in the components to be manufactured if the determined dwell time exceeds the dwell time range leaves.
  • the residence time is preferably determined based on a screw channel volume and/or a screw position and/or a cycle time, and in particular a geometry of the screw and barrel.
  • the screw position is particularly preferably viewed in a state after an injection process. This means that a mass cushion of the material volume still present in the injection unit can be taken into account.
  • the residence time can thus be determined with particular precision in order to obtain optimal component properties.
  • the cycle time is the time between two consecutive injection processes. As a result, the time available for plasticizing the material can be taken into account simply and directly.
  • the thixomolding machine particularly preferably also has a hot runner on the tool side.
  • the dwell time is determined based on a volume of the hot runner. This means that in the case of a thixomolding machine with a hot runner, the volume of the material in the hot runner is also taken into account, which means that the optimal operating parameters with regard to the dwell time can be monitored and set particularly precisely.
  • the predefined dwell time range is preferably determined based on material properties of the material. This means that the dwell time range is determined depending on the physical properties of the material to be processed using the thixomolding machine.
  • the operator of the thixomolding machine can preferably enter a designation and/or the material properties of the material to be processed, in particular by means of an input device, so that the thixomolding machine can automatically determine the corresponding dwell time range.
  • the Thixomolding machines can therefore optimally process a wide variety of materials, so that high-quality components with the desired material properties can always be produced even if the material properties of different materials differ significantly.
  • one or more of the following operating parameters of the injection unit are controlled to control the injection unit of the thixomolding machine, especially if the dwell time is to remain within the dwell time range: cycle time, screw speed, dynamic pressure, screw stroke.
  • the thixomolding machine can preferably be operated automatically, with the thixomolding machine automatically regulating the corresponding operating parameters of the injection unit.
  • the thixomolding machine can be operated in a particularly simple manner that is convenient for the operator, so that components with high material quality can be produced in a short time and with low material consumption.
  • the cylinder/or the screw and/or a tool-side hot runner of the thixomolding machine is preferably heated with dwell time control by means of the heating device of the thixomolding machine.
  • the heating of the material by the heating device is automatically adjusted. For example, the heating power can be automatically reduced or increased in order to be able to achieve the best possible material properties of the component to be produced if the determined residence time deviates from a predetermined optimal residence time.
  • the current dwell time of the material is particularly preferably permanently displayed to the operator of the thixomolding machine by means of a display device. This means that in addition to automatic monitoring of the dwell time on the part of the thixomolding machine, the operator can always receive information about the current dwell time of the material, which, for example, also simplifies manual adjustment of the operating parameters of the thixomolding machine.
  • the current dwell time is preferably displayed here in relation to the dwell time area.
  • a signal is preferably output to the operator of the thixomolding machine by means of a display device when the recorded dwell time approaches one of the limits of the dwell time range.
  • a signal can be output if the current dwell time exceeds one of the limits of the dwell time range.
  • the operator receives a signal from the thixomolding machine, preferably an optical and/or acoustic and/or optical signal, which is used to indicate that the material is close to or outside the tolerable limits in the current mode of operation lying dwell time within the injection unit. This allows the operator, for example, to manually adjust the operating parameters of the thixomolding machine in order to optimize operation and improve the material properties.
  • a display device is preferably used to give the operator of the thixomolding machine instructions for adjusting the operating parameters of the thixomolding machine in order to optimize the casting process.
  • the operator can be shown information in the form of setpoint values for the operating parameters of the injection unit, which are suitable for optimal operation of the thixomolding machine with regard to a dwell time to be set to achieve desired material properties of the component to be produced.
  • Downtimes of the injection unit or the thixomolding machine are particularly preferably taken into account when determining the dwell time. This means that times when the injection unit or the entire thixomolding machine is at a standstill, for example when the material is not plasticized by rotating the screw and/or by heating, are included in the calculation of the dwell time. For example, even after the injection unit has come to a standstill, material with optimal properties can be injected particularly quickly into the casting tool. In particular, this means that high-quality components can be produced with few rejects and with low material consumption even when the operation of the injection unit or the thixomolding machine is interrupted.
  • the material is preferably plasticized in the injection unit in such a way that the material is in a thixotropic state when it is injected into the casting tool.
  • a state is regarded as thixotropic in which, in the finished state, the material of the component has a microstructure in which finely distributed crystalline components are embedded in cohesive regions of melt.
  • the operating parameters of the injection unit are set in such a way that the material is injected into the casting tool in a thixotropic state and that there is a thixotropic proportion in the finished component.
  • the invention leads to a thixomolding machine which has a casting tool, an injection unit with a cylinder and a screw accommodated in the cylinder in order to plasticize a material, preferably magnesium and/or zinc and/or aluminum, and to inject the plasticized material into the casting tool , includes.
  • the casting tool is preferably an injection molding tool and/or a die casting tool.
  • the thixomolding machine includes a heating device, which is set up to heat the injection unit, a detection device, which is set up to determine a dwell time of the material in the injection unit, and a control device.
  • the detection unit is preferably set up to determine a dwell time of the material of a shot volume of an impending shot.
  • the control device is set up to actuate the heating device based on the determined dwell time if the dwell time is within the dwell time range. Furthermore, the control device is set up to stop the injection unit in the event that the determined dwell time leaves the dwell time range, or alternatively to regulate the injection unit in such a way that the dwell time remains within the dwell time range.
  • the control device is particularly preferably set up to carry out the method described above.
  • the thixomolding machine is characterized by the fact that a particularly simple and comfortable operation is made possible in order to be able to produce components with high quality in a simple manner and at low cost.
  • the heating device is preferably set up to heat the cylinder and/or the screw and/or a hot runner of the injection unit.
  • energy can be introduced into the material in a particularly targeted manner, in particular in addition to the energy generated based on the rotation of the screw in the cylinder, in order to plasticize the material.
  • the thixomolding machine preferably also includes a display device which is set up to display the determined dwell time.
  • further information can also be displayed with the display device, such as the dwell time range.
  • other information supporting the operation of the thixomolding machine can also be displayed, such as instructions to the operator, which can indicate advantageous settings for operating parameters of the thixomolding machine, in particular in order to achieve optimal residence times with regard to high component quality.
  • the thixomolding machine particularly preferably also includes an input device, by means of which manual input of operating parameters is made possible.
  • the operator can preferably choose between an automatic adjustment of one or more operating parameters and a manual setting option for the operating parameters.
  • FIG 1 is a highly simplified schematic view of a thixomolding machine 1 according to a preferred embodiment of the invention.
  • the thixomolding machine 1 comprises an injection unit 10 with a cylinder 2 and with a screw 3 which is accommodated in the cylinder 2 .
  • a material 4 can be supplied to the screw 3 from a material reservoir 45 .
  • the material 4 is aluminum, which is present in the material reservoir 45 as granulate or powder.
  • the material 4 can be plasticized, ie melted, inside the cylinder 2 by rotating the screw 3 about an axis of rotation 35 and conveyed along the axis of rotation 35 in the direction of a casting tool 5 .
  • a specific Shot volume of a shot 40 indicated by way of example is injected into a mold 50 of the casting tool 5, in order thereby to produce metal components.
  • the plasticized material 4 is injected into the casting tool 5 via a channel 11 .
  • the thixomolding machine 1 also has a heating device 6, which is set up for heating the injection unit 10.
  • the cylinder 2 can be heated here.
  • the screw 3 can also be heated by means of the heating device 6 .
  • the thixomolding machine 1 has a so-called hot runner 7, within which the duct 11 is located.
  • the material 4 can be further heated in the hot runner 7 .
  • a thixomolding machine 1 without a hot runner 7 can also be provided. In this case, the plasticized material 4 would be injected directly into the casting tool 5 from the end of the cylinder 2 .
  • the thixomolding machine 1 in particular the injection unit 10 with the screw 3, the heating device 6 and the hot runner 7, is actuated by means of a control device 15.
  • the control device 15 is set up to carry out either an automatic actuation or the actuation based on a manual input to be carried out by an operator of the thixomolding machine 1.
  • the thixomolding machine 1 includes an input device 16, by means of which the operator can enter operating parameters of the thixomolding machine 1 manually.
  • the thixomolding machine 1 includes a detection device 9 which is set up to determine a dwell time of the material 4 within the injection unit 10 .
  • a dwell time of a shot volume of the forthcoming shot 40 is determined here.
  • a dwell time is considered to be a time for which the corresponding part of the material 4 has been inside the cylinder 2 since it was filled at a filling opening 46, ie a total duration for which the material 4 was plasticized at the current time.
  • the maximum possible dwell time results from the duration for which the material 4 is inside the injection unit 10 , ie between the filling opening 46 and an outlet opening 51 of the hot runner 7 .
  • the dwell time is determined based on a current screw position, a cycle time of an injection cycle and known geometric properties of the injection unit, such as a screw channel volume and, for example, a pitch of the screw and a number of turns of the screw. This means that based on the previously known geometric properties and the current operating position of the screw, it is possible to estimate the dwell time of any partial areas of the material 4 in the injection unit 10 .
  • the thixomolding machine 1 also includes a display device 8 which is connected to the detection device 9 and which is set up to display the determined dwell time.
  • the determined dwell time can serve as a basis for optimizing the operation of the thixomolding machine 1, since the dwell time can be used to obtain information about the current state of the material 4, in particular the forthcoming shot 40. Based on this, the operating parameters of the thixomolding machine 1 can be adjusted so that, on the one hand, components can be produced with the highest possible material quality and, on the other hand, in order to avoid damage to the thixomolding machine 1 .
  • the dwell time determined in each case is compared with a predetermined dwell time range.
  • the dwell time range is based on characteristic values of the thixomolding machine 1 and material properties of the material 4 to be injected.
  • the dwell time range specifies a range within which the dwell time may lie, and outside which optimal material properties of the material 4 no longer exist. This means that the current dwell time should always be within the dwell time range in order to avoid damage to the thixomolding machine 1 and inadequate material properties of the components to be produced.
  • the operator can input the material 4 or specific properties of the material 4 using the input device 16 .
  • the control device 15 then automatically calculates the dwell time range.
  • an optimal setpoint residence time which lies within the residence time range, is preferably determined.
  • the current dwell time is permanently monitored. If the instantaneous dwell time determined is within the dwell time range, the control device 15 automatically actuates the heating device 6 and/or the hot runner 7 based on the determined dwell time. Preferably, the heating device 6 and/or the heating channel 7 is actuated in such a way that the supply of heat to the material 4 is reduced if the current dwell time is greater than the target dwell time, and further in such a way that the supply of heat to the material 4 is increased when the current dwell time is less than the target dwell time.
  • the plasticization of the material 4 is adapted automatically and unnoticed by the operator in the background via the supply of heat. As a result, the optimal material properties can be ensured in the manufacture of the components in a simple manner that is particularly convenient for the operator.
  • the determined dwell time is permanently displayed to the operator of the thixomolding machine 1 by means of the display device 8 .
  • the display device 8 Instructions for adjusting the operating parameters of the thixomolding machine 1 are displayed so that the operator can manually adjust the operating parameters, for example to achieve the optimal target dwell time.
  • an acoustic and/or optical signal is displayed by means of the display device 8 issued to the operator of the thixomolding machine 1.
  • An acoustic and/or visual signal is also output to the operator if the current dwell time exceeds one of the limits of the dwell time range. This informs the operator that the dwell time is leaving or has already left the permitted dwell time range.
  • control device 15 can automatically regulate the operating parameters of the injection unit 10 in such a way that the dwell time remains within the dwell time range.
  • One or more of the following operating parameters are controlled here: cycle time, screw speed, dynamic pressure, screw stroke.
  • the setting of the operating parameters of the injection unit 10 can be left to the operator, in which case the operator can adjust the operating parameters of the injection unit 10 manually using the input device 16 .
  • the injection unit 10 is stopped when the instantaneous dwell time determined leaves the dwell time range. This prevents, for example, material 4 that has not yet completely melted or material 4 that has been heated for too long from being injected into the casting tool 5 . Furthermore, this prevents the thixomolding machine 1 from being damaged, for example due to the material 4 having too tough flow properties within the injection unit 10 .
  • the detection device 8 is used to determine which volume of the entire material volume is to be discharged within the screw channel volume. If, for example, the part of the material volume that is in the front two turns of the screw 3 starting from a screw tip 31, identified by area A for example, has a dwell time that is above the upper limit of the dwell time range, then this material volume is present to discharge the start of the next production cycle of the injection unit 10.
  • a number of spray-down cycles is determined, which is to be carried out before the start of the next production cycle of the injection unit 10 .
  • This determined number of spraying cycles is then displayed to the operator using the display device 8 .
  • the operator can preferably choose whether to carry out this number of injection molding cycles manually or whether the thixomolding machine 1 carries this out automatically by means of control by the control device 15 .
  • the thixomolding machine 1 is thus characterized by particularly simple and convenient operation, which reliably enables components with optimal material properties to be produced by the residence time of the material 4 being constantly calculated, recorded and monitored. This also prevents the thixomolding machine 1 from being damaged by unsuitable material properties of the material 4 .
  • the thixomolding machine 1 allows a particularly flexible mode of operation with regard to the most varied of components to be produced.
  • the heating-up time of the material 4 can also be determined and, based on the heating-up time after the article change, a start-up process can be determined.
  • the start-up process can also either be provided to the operator for manual operation and/or performed automatically by the controller 15 .

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschinemaschine (1), welche eine Spritzeinheit (10) mit einem Zylinder (2) und einer im Zylinder (2) aufgenommenen Schnecke (3), zum Plastifizieren eines Werkstoffs (4), insbesondere Magnesium und/oder Zink und/oder Aluminium, und zum Einspritzen des plastifizierten Werkstoffs (4) in ein Gießwerkzeug (5) aufweist, umfassend die Schritte: Ermitteln einer Verweilzeit des Werkstoffs (4), insbesondere eines Schussvolumens eines bevorstehenden Schusses (40), in der Spritzeinheit (10), Vergleich der ermittelten Verweilzeit mit einem vordefinierten Verweilzeit-Bereich, Betätigen einer Heizvorrichtung (6) der Spritzeinheit (10) basierend auf der ermittelten Verweilzeit, wenn sich die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs befindet, und Regeln der Spritzeinheit (10) derart, dass die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs bleibt, oder Stoppen der Spritzeinheit (10) wenn die ermittelte Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich verlässt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschine sowie eine Thixomoldingmaschine.
  • Thixomoldingmaschinen sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausführungen bekannt. Meist wird pulverförmiger Werkstoff in eine Schnecken-Zylinder Kombination eingebracht, dort plastifiziert, und anschließend in ein Werkzeug eingespritzt. Zum Betreiben der Produktionsprozesse an Thixomoldingmaschinen werden verschiedene Maschinenparameter, wie zum Beispiel Zykluszeiten, Einspritzzeiten, Schneckenhub oder dergleichen während des Betriebs der Thixomoldingmaschine gesteuert. Eine Auslegung der Thixomoldingmaschine bezüglich solcher Parameter erfolgt üblicherweise für ein spezielles herzustellendes Produkt. Insbesondere bei einem Produktwechsel ist dabei eine Anpassung der Parameter, um optimale Materialeigenschaften bei dem Produkt zu erhalten, häufig nur durch manuelles und iteratives Anpassen möglich. Insbesondere führt dies in der Regel zu einem hohen Material- und Energieverbrauch.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschine und eine Thixomoldingmaschine bereitzustellen, wobei stets eine optimale Auslastung der Thixomoldingmaschine ermöglicht werden kann, um effizient mit geringem Energieaufwand, geringem Materialverbrauch und niedrigen Kosten Metallteile spritzen zu können.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie mit einer Thixomoldingmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschine bietet dabei den Vorteil, dass zuverlässig verschiedenartige Bauteile mit hoher Qualität bei geringem Material- und Energieaufwand hergestellt werden können.
  • Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschine, wobei die Thixomoldingmaschine eine Spritzeinheit mit einem Zylinder und einer im Zylinder aufgenommenen Schnecke aufweist, um einen Werkstoff zu plastifizieren und den plastifizierten Werkstoffs in ein Gießwerkzeug einzuspritzen, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    • Ermitteln einer Verweilzeit des Werkstoffs, welcher sich innerhalb der Spritzeinheit befindet,
    • Vergleich der ermittelten Verweilzeit mit einem vordefinierten Verweilzeit-Bereich,
    • Betätigen einer Heizvorrichtung der Spritzeinheit basierend auf der ermittelten Verweilzeit, wenn sich die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs befindet, und
    • Stoppen der Spritzeinheit, wenn die ermittelte Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich verlässt, oder Regeln der Spritzeinheit derart, dass die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs verbleibt.
  • Als Verweilzeit wird dabei eine Zeit angesehen, welche ein bestimmter Teil des Werkstoffs innerhalb der Spritzeinheit verbringt, also welche seit dem Einfüllen dieses Teils des Werkstoffs in die Spritzeinheit vergangen ist. Insbesondere entspricht die Verweilzeit der Zeit, für welche der Werkstoff in der Spritzeinheit plastifiziert wird, also beispielsweise geheizt oder auf Temperatur gehalten wird.
  • Bei dem Gießwerkzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Spritzgießwerkzeug und/oder ein Druckgießwerkzeug.
  • Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln der Verweilzeit dabei speziell für ein Schussvolumen eines bevorstehenden Schusses in der Spritzeinheit. Das Schussvolumen entspricht dabei dem Anteil des Werkstoffs innerhalb der Spritzeinheit, welcher bei dem nächsten Spritzzyklus abgespritzt wird. Vorzugsweise kann in diesem Fall die maximale Verweilzeit als eine gesamte Zeit, welche der Teil des Werkstoffs im Schussvolumen innerhalb der Spritzeinheit bis zum Ausspritzen verbringt, angesehen werden.
  • Durch das Ermitteln der Verweilzeit können damit besonders genaue Informationen über den aktuellen Materialzustand des Werkstoffs innerhalb der Spritzeinheit gewonnen werden. Die Verweilzeit ist dabei maßgeblich verantwortlich für die Qualität des herzustellenden Bauteils. Wird beispielsweise Werkstoff nach zu kurzer Verweilzeit eingespritzt, kann es vorkommen, dass der Werkstoff noch nicht vollständig plastifiziert ist. Dadurch können noch unaufgeschmolzene Feststoffteile in der auszuspritzenden Werkstoff-Schmelze vorliegen.
  • Einerseits kann es dadurch beispielsweise zu Oberflächenfehlern und zu einer negativen Beeinflussung der mechanischen Kennwerte des herzustellenden Bauteils kommen. Andererseits ist ein noch nicht vollständig aufgeschmolzener Werkstoff zähfließender, was zu höheren Belastungen bis hin zu Beschädigungen der Spritzeinheit führen kann. Demgegenüber kann es bei zu langer Verweilzeit aufgrund zu starker Wärmezufuhr zu Farbveränderungen und zum Abbau der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs führen. Zudem können sich bei zu langer Wärmebelastung Stoffe abspalten, welche die Spritzeinheit beispielsweise korrosiv angreifen und zu einem erhöhten oder frühzeitigen Verschleiß führen können.
  • Die Berücksichtigung der Verweilzeit beim Betreiben der Thixomoldingmaschine bietet dabei zahlreiche Vorteile beim Spritzgießen von Bauteilen. Insbesondere können durch Beeinflussen des Betriebs der Thixomoldingmaschine so, dass die Verweilzeit stets innerhalb des Verweilzeit-Bereichs gehalten wird, optimale Werkstoffeigenschaften beim Spritzgießen sichergestellt werden. Dadurch wird einerseits eine hohe Qualität des herzustellenden Bauteils ermöglicht und andererseits ein verschleißarmer Betrieb der Thixomoldingmaschine ermöglicht. Alternativ kann für den Fall, dass die ermittelte Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich verlässt, die Spritzeinheit gestoppt werden, sodass eine Beschädigung der Spritzeinheit und ein Ausspritzen des Werkstoffs mit unzureichenden Materialeigenschaften vermieden werden kann. Zudem kann hierdurch ein Materialverbrauch beim Betreiben der Thixomoldingmaschine besonders gering gehalten werden, da beispielsweise Ausschussteile aufgrund von Verweilzeiten außerhalb des Verweilzeit-Bereichs vermieden werden können.
  • Das Verfahren erlaubt somit eine permanente Kalkulation, Beobachtung und Überwachung einer Auslastung der Spritzeinheit.
  • Hierfür kann einerseits die Heizvorrichtung der Spritzeinheit automatisch basierend auf der ermittelten Verweilzeit betätigt werden, sofern sich die Verweilzeit noch innerhalb des Verweilzeit-Bereichs befindet. Vorzugsweise erfolgt die Betätigung der Heizvorrichtung so, dass bei Absinken der Verweilzeit im Vergleich zu einer optimalen Verweilzeit eine Erhöhung der Heizleistung der Heizvorrichtung vorgenommen wird, um die gewünschten optimalen Materialeigenschaften des herzustellenden Bauteils zu ermöglichen. Bei einem Erhöhen der Verweilzeit kann die Heizleistung der Heizvorrichtung vorzugsweise verringert werden, um ein zu starkes Heizen beim Plastifizieren des Werkstoffs zu vermeiden. Eine solche proaktive Heizungsregelung bietet dabei den weiteren Vorteil eines besonders geringen Energieverbrauchs der Thixomoldingmaschine. Insbesondere kann der Energieverbrauch der Thixomoldingmaschine reduziert werden, beispielsweise gegenüber einem Betrieb bei vorgegebener gleicher Heizungssteuerung während des gesamten Betriebs.
  • Weiterhin können, insbesondere bei Annäherung der Verweilzeit an eine der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs, weitere Maßnahmen ergriffen werden, um eine Verschlechterung der Bauteilqualität oder eine Beschädigung der Thixomoldingmaschine aufgrund von zu geringem oder zu starkem Plastifizieren des Werkstoffs zu vermeiden. Hierfür kann einerseits die Spritzeinheit derart geregelt werden, dass die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs verbleibt. In diesem Fall kann beispielsweise eine automatische Anpassung der Betriebsparameter von der Thixomoldingmaschine selbst vorgenommen werden. Alternativ, beispielsweise, wenn die Thixomoldingmaschine in einem manuellen Betrieb durch den Bediener betrieben wird, kann als Notmaßnahme zur Verhinderung von Schäden an der Thixomoldingmaschine oder zur Vermeidung von Ausschuss bei den herzustellenden Bauteilen ein Stoppen der Spritzeinheit erfolgen, wenn die ermittelte Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich verlässt.
  • Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Bevorzugt wird die Verweilzeit basierend auf einem Schneckenkanalvolumen und/oder einer Schneckenposition und/oder einer Zykluszeit ermittelt, sowie insbesondere einer Geometrie von Schnecke und Zylinder. Besonders bevorzugt wird die Schneckenposition dabei in einem Zustand nach einem Einspritzvorgang betrachtet. Das heißt, dadurch kann ein Massepolster des noch in der Spritzeinheit vorhandenen Werkstoffvolumens berücksichtigt werden. Somit kann besonders präzise die Verweilzeit ermittelt werden, um optimale Bauteileigenschaften zu erhalten. Als Zykluszeit wird dabei die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspritzvorgängen angesehen. Dadurch kann einfach und direkt die Zeit berücksichtigt werden, welche für den Werkstoff zum Plastifizieren zur Verfügung steht.
  • Besonders bevorzugt weist die Thixomoldingmaschine ferner einen werkzeugseitigen Heißkanal auf. Die Verweilzeit wird dabei basierend auf einem Volumen des Heißkanals ermittelt. Das heißt, für den Fall einer Thixomoldingmaschine mit Heißkanal wird zusätzlich das Volumen des sich im Heißkanal befindlichen Werkstoffs mit berücksichtigt, wodurch die optimalen Betriebsparameter hinsichtlich der Verweilzeit besonders genau überwacht und eingestellt werden können.
  • Vorzugsweise wird der vordefinierte Verweilzeit-Bereich basierend auf Materialeigenschaften des Werkstoffs ermittelt. Das heißt, der Verweilzeit-Bereich wird abhängig von den physikalischen Eigenschaften des mittels der Thixomoldingmaschine zu verarbeitenden Werkstoffs bestimmt. Vorzugsweise kann der Bediener der Thixomoldingmaschine dabei eine Bezeichnung und/oder die Materialeigenschaften des zu verarbeitenden Werkstoffs, insbesondere mittels einer Eingabevorrichtung, eingeben, sodass die Thixomoldingmaschine automatisch den entsprechenden Verweilzeit-Bereich ermitteln kann. Insbesondere kann die Thixomoldingmaschine somit verschiedenste Werkstoffe optimal verarbeiten, sodass auch bei deutlich voneinander abweichenden Materialeigenschaften verschiedener Werkstoffe stets hochqualitative Bauteile mit den gewünschten Materialeigenschaften hergestellt werden können.
  • Weiter bevorzugt werden zum Regeln der Spritzeinheit der Thixomoldingmaschine, insbesondere für den Fall, dass die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs verbleiben soll, einer oder mehrere der folgenden Betriebsparameter der Spritzeinheit geregelt: Zykluszeit, Schneckendrehzahl, Staudruck, Schneckenhub. Vorzugsweise kann hierbei ein automatischer Betrieb der Thixomoldingmaschine erfolgen, wobei die Thixomoldingmaschine automatisch die entsprechenden Betriebsparameter der Spritzeinheit regelt. Dadurch kann auf besonders einfache und für den Bediener komfortable Weise ein Betrieb der Thixomoldingmaschine ermöglicht werden, sodass Bauteile mit hoher Materialqualität in kurzer Zeit und bei geringem Materialverbrauch hergestellt werden können.
  • Vorzugsweise wird mittels der Heizvorrichtung der Thixomoldingmaschine der Zylinder/oder die Schnecke und/oder ein werkzeugseitiger Heißkanal der Thixomoldingmaschine verweilzeitgeregelt geheizt. Das heißt, basierend auf der Verweilzeit des Werkstoffs in der Spritzeinheit erfolgt eine automatische Anpassung der Erwärmung des Werkstoffs mittels der Heizvorrichtung. Beispielsweise kann dabei die Heizleistung automatisch abgesenkt oder erhöht werden, um bei Abweichen der ermittelten Verweilzeit von einer vorgegebenen optimalen Verweilzeit möglichst gute Materialeigenschaften des herzustellenden Bauteils erreichen zu können.
  • Besonders bevorzugt wird dem Bediener der Thixomoldingmaschine mittels einer Anzeigevorrichtung permanent die aktuelle Verweilzeit des Werkstoffs angezeigt. Das heißt, neben einem automatischen Monitoring der Verweilzeit seitens der Thixomoldingmaschine kann der Bediener stets Informationen über die aktuelle Verweilzeit des Werkstoffs erhalten, wodurch beispielsweise auch eine manuelle Anpassung von Betriebsparametern der Thixomoldingmaschine vereinfacht wird. Vorzugsweise wird die aktuelle Verweilzeit hierbei in Relation zu dem Verweilzeit-Bereich angezeigt.
  • Bevorzugt wird mittels einer Anzeigevorrichtung ein Signal an den Bediener der Thixomoldingmaschine ausgegeben, wenn die erfasste Verweilzeit sich einer der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs nähert. Alternativ oder zusätzlich kann ein Signal ausgegeben werden, wenn die momentane Verweilzeit eine der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs überschreitet. Das heißt, der Bediener erhält von der Thixomoldingmaschine ein, vorzugsweise optisches und/oder akustisches und/oder optisches Signal, mittels welchem signalisiert wird, dass bei der momentanen Betriebsweise Werkstoff mit nahe an oder außerhalb der tolerierbaren Grenzen liegender Verweilzeit innerhalb der Spritzeinheit vorliegt. Dadurch kann der Bediener beispielsweise manuell eine Anpassung der Betriebsparameter der Thixomoldingmaschine vornehmen, um den Betrieb zu optimieren und die Werkstoffeigenschaften zu verbessern.
  • Vorzugsweise werden mittels einer Anzeigevorrichtung dem Bediener der Thixomoldingmaschine Hinweise zum Anpassen der Betriebsparameter der Thixomoldingmaschine gegeben, um den Gießvorgang zu optimieren. Beispielsweise können dem Bediener Hinweise in Form von Soll-Werten der Betriebsparameter der Spritzeinheit angezeigt werden, welche für eine optimale Betriebsweise der Thixomoldingmaschine im Hinblick auf eine zur Erreichung gewünschter Materialeigenschaften des herzustellenden Bauteils einzustellende Verweilzeit geeignet ist. Dadurch kann eine für den Bediener besonders einfache und komfortable Bedienung der Thixomoldingmaschine ermöglicht werden.
  • Besonders bevorzugt werden beim Ermitteln der Verweilzeit Stillstandszeiten der Spritzeinheit oder der Thixomoldingmaschine berücksichtigt. Das heißt, Zeiten, in welchen die Spritzeinheit oder die gesamte Thixomoldingmaschine stillsteht, also wenn beispielsweise kein Plastifizieren des Werkstoffs durch Drehung der Schnecke und/oder durch Heizen erfolgt, fließen mit in die Berechnung der Verweilzeit ein. Beispielsweise kann dadurch auch nach dem Stillstand der Spritzeinheit besonders schnell Werkstoff mit optimalen Eigenschaften in das Gießwerkzeug eingespritzt werden. Insbesondere können dadurch auch bei Unterbrechungen des Betriebs der Spritzeinheit oder der Thixomoldingmaschine qualitativ hochwertige Bauteile mit geringem Ausschuss und bei niedrigem Materialverbrauch hergestellt werden.
  • Bevorzugt wird der Werkstoff in der Spritzeinheit so plastifiziert, dass der Werkstoff beim Einspritzen in das Gießwerkzeug in einem thixotropen Zustand vorliegt. Als thixotrop wird dabei insbesondere ein Zustand angesehen, in welchem in dem fertiggestellten Zustand im Material des Bauteils eine Mikrostruktur vorliegt, in der fein verteilte kristalline Bestandteile in zusammenhängende Bereiche von Schmelze eingebettet sind. Das heißt, Betriebsparameter der Spritzeinheit werden so eingestellt, dass der Werkstoff im thixotropen Zustand in das Gießwerkzeug eingespritzt wird und dass in dem fertiggestellten Bauteil ein thixotroper Anteil vorliegt.
  • Weiter bevorzugt umfasst das Verfahren ferner die Schritte:
    • Ermitteln einer Soll-Verweilzeit basierend auf einem Sollwert eines thixotropen Anteils des zu spritzenden Bauteils, und
    • Regeln der Spritzeinheit basierend auf der ermittelten Soll-Verweilzeit. Insbesondere kann der Sollwert des thixotropen Anteils dabei mittels einer Eingabevorrichtung, beispielsweise manuell vom Bediener, eingegeben werden. Vorzugsweise wird die Spritzeinheit hierbei so geregelt, dass die ermittelte Soll-Verweilzeit eingehalten wird, um exakt den gewünschten eingegebenen thixotropen Anteil zu erhalten. Damit können besonders einfach qualitativ hochwertige Metallbauteile mit den gewünschten Eigenschaften hergestellt werden.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte, welche insbesondere im Falle eines Artikelwechsels ausgeführt werden:
    • Ermitteln einer Aufheizzeit des Werkstoffs in der Spritzeinheit, insbesondere vor einem ersten Produktionszyklus nach dem Artikelwechsel, und
    • Ermitteln eines Anfahrprozesses nach dem Artikelwechsel und basierend auf der Aufheizzeit. Als Artikelwechsel wird dabei ein Wechsel des mittels der Thixomoldingmaschine herzustellenden Artikels angesehen. Vorzugsweise kann der ermittelte Anfahrprozess mittels einer Anzeigevorrichtung dem Bediener angezeigt werden. Alternativ kann die Thixomoldingmaschine den Anfahrprozess automatisch durchführen. Durch Ermitteln der Aufheizzeit und des Anfahrprozesses nach dem Artikelwechsel kann ein besonders effizienter und flexibler Betrieb der Thixomoldingmaschine bereitgestellt werden, da auch bei verschiedenen zu spritzenden Bauteilen stets die optimale Betriebsweise der Thixomoldingmaschine automatisch ermittelt wird und damit beispielsweise durch den Artikelwechsel verursachte Stillstandszeiten auf ein Minimum reduziert werden können.
  • Weiterhin führt die Erfindung zu einer Thixomoldingmaschine, welche ein Gießwerkzeug, eine Spritzeinheit mit einem Zylinder und einer im Zylinder aufgenommen Schnecke, um einen Werkstoff, vorzugsweise Magnesium und/oder Zink und/oder Aluminium, zu plastifizieren und um den plastifizierten Werkstoff in das Gießwerkzeug einzuspritzen, umfasst. Das Gießwerkzeug ist vorzugsweise ein Spritzgießwerkzeug und/oder ein Druckgießwerkzeug. Weiterhin umfasst die Thixomoldingmaschine eine Heizvorrichtung, welche eingerichtet ist zum Heizen der Spritzeinheit, eine Erfassungseinrichtung, welche eingerichtet ist, eine Verweilzeit des Werkstoffs in der Spritzeinheit zu ermitteln, und eine Steuervorrichtung. Vorzugsweise ist die Erfassungseinheit dabei eingerichtet, eine Verweilzeit des Werkstoffs eines Schussvolumens eines bevorstehenden Schusses zu ermitteln. Die Steuervorrichtung ist dabei eingerichtet, die Heizvorrichtung basierend auf der ermittelten Verweilzeit zu betätigen, wenn sich die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs befindet. Weiterhin ist die Steuervorrichtung eingerichtet, die Spritzeinheit zu stoppen, für den Fall, dass die ermittelte Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich verlässt, oder alternativ die Spritzeinheit derart zu regeln, dass die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs verbleibt. Besonders bevorzugt ist die Steuervorrichtung eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Die Thixomoldingmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass eine besonders einfache und komfortable Bedienung ermöglicht wird, um Bauteile mit hoher Qualität auf einfache Weise und kostengünstig herstellen zu können.
  • Bevorzugt ist die Heizvorrichtung eingerichtet, den Zylinder und/oder die Schnecke und/oder einen Heißkanal der Spritzeinheit zu heizen. Dadurch kann besonders gezielt Energie in den Werkstoff eingebracht werden, insbesondere zusätzlich zu der basierend auf der Rotation der Schnecke im Zylinder entstehenden Energie, um den Werkstoff zu plastifizieren.
  • Vorzugsweise umfasst die Thixomoldingmaschine ferner eine Anzeigevorrichtung, welche eingerichtet ist zur Anzeige der ermittelten Verweilzeit. Insbesondere können mit der Anzeigevorrichtung auch weitere Informationen angezeigt werden, wie beispielsweise der Verweilzeit-Bereich. Zusätzlich oder alternativ können auch weitere die Bedienung der Thixomoldingmaschine unterstützende Informationen angezeigt werden, wie beispielsweise Handlungsanweisungen an den Bediener, welche vorteilhafte Einstellungen für Betriebsparameter der Thixomoldingmaschine angeben können, insbesondere um hinsichtlich hoher Bauteilqualität optimale Verweilzeiten zu erreichen. Dadurch kann ein für den Bediener besonders einfacher und komfortabler Betrieb der Thixomoldingmaschine ermöglicht werden.
  • Besonders bevorzugt umfasst die Thixomoldingmaschine ferner eine Eingabevorrichtung, mittels welcher eine manuelle Eingabe von Betriebsparametern ermöglicht wird. Vorzugsweise kann der Bediener dabei wählen zwischen einer automatischen Anpassung eines oder mehrerer Betriebsparameter, und einer manuellen Einstellmöglichkeit der Betriebsparameter.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Funktional gleiche Bauteile sind dabei stets mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Thixomoldingmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • In der Figur 1 ist eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Thixomoldingmaschine 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Thixomoldingmaschine 1 umfasst eine Spritzeinheit 10 mit einem Zylinder 2 und mit einer Schnecke 3, welche im Zylinder 2 aufgenommen ist. Der Schnecke 3 kann von einem Werkstoffreservoir 45 ein Werkstoff 4 zugeführt werden. Insbesondere handelt es sich bei dem Werkstoff 4 um Aluminium, welches im Werkstoffreservoir 45 als Granulat oder Pulver vorliegt.
  • Der Werkstoff 4 kann innerhalb des Zylinders 2 durch Rotation der Schnecke 3 um eine Rotationsachse 35 plastifiziert, also geschmolzen, werden und entlang der Rotationsachse 35 in Richtung eines Gießwerkzeugs 5 gefördert werden. Durch axiales Verschieben der Schnecke 3 im Zylinder 2 entlang der Rotationsachse 35 wird jeweils ein bestimmtes Schussvolumen eines, beispielhaft angedeuteten, Schusses 40 in eine Form 50 des Gießwerkzeugs 5 eingespritzt, um dadurch Metallbauteile herzustellen. Der plastifizierte Werkstoff 4 wird hierbei über einen Kanal 11 in das Gießwerkzeug 5 eingespritzt.
  • Die Thixomoldingmaschine 1 weist ferner eine Heizvorrichtung 6 auf, welche eingerichtet ist zum Heizen der Spritzeinheit 10. Im Detail kann hierbei der Zylinder 2 geheizt werden. Vorzugsweise ist alternativ oder zusätzlich auch ein Heizen der Schnecke 3 mittels der Heizvorrichtung 6 möglich.
  • Die Thixomoldingmaschine 1 weist einen sogenannten Heißkanal 7 auf, innerhalb welchem sich der Kanal 11 befindet. Im Heißkanal 7 kann der Werkstoff 4 weiter geheizt werden. Alternativ kann auch eine Thixomoldingmaschine 1 ohne Heißkanal 7 bereitgestellt werden. In diesem Fall würde der plastifizierte Werkstoff 4 vom Ende des Zylinders 2 direkt in das Gießwerkzeug 5 eingespritzt werden.
  • Eine Betätigung der Thixomoldingmaschine 1, insbesondere der Spritzeinheit 10 mit der Schnecke 3, der Heizvorrichtung 6 und des Heißkanals 7, erfolgt mittels einer Steuervorrichtung 15. Die Steuervorrichtung 15 ist dabei eingerichtet, entweder eine automatische Betätigung durchzuführen, oder die Betätigung basierend auf einer manuellen Eingabe durch einen Bediener der Thixomoldingmaschine 1 durchzuführen. Hierfür umfasst die Thixomoldingmaschine 1 eine Eingabevorrichtung 16, mittels welcher der Bediener Betriebsparameter der Thixomoldingmaschine 1 manuell eingeben kann.
  • Weiterhin umfasst die Thixomoldingmaschine 1 eine Erfassungsvorrichtung 9, welche eingerichtet ist, eine Verweilzeit des Werkstoffs 4 innerhalb der Spritzeinheit 10 zu ermitteln. Insbesondere wird hierbei eine Verweilzeit eines Schussvolumens des bevorstehenden Schusses 40 ermittelt. Als Verweilzeit wird dabei eine Zeit angesehen, für welche sich der entsprechende Teil des Werkstoffs 4 seit dem Einfüllen an einer Einfüllöffnung 46 innerhalb des Zylinders 2 befindet, also eine Gesamtdauer, für welche der Werkstoff 4 zum aktuellen Zeitpunkt plastifiziert wurde. Die maximal mögliche Verweilzeit ergibt sich dabei für die Dauer, für welche sich der Werkstoff 4 innerhalb der Spritzeinheit 10, also zwischen Einfüllöffnung 46 und einer Austrittsöffnung 51 des Heißkanals 7, befindet.
  • Die Verweilzeit wird dabei basierend auf einer aktuellen Schneckenposition, einer Zykluszeit eines Einspritzzyklusses und bekannten geometrischen Eigenschaften der Spritzeinheit, wie einem Schneckenkanalvolumen, und beispielsweise einer Steigung der Schnecke und einer Windungsanzahl der Schnecke, ermittelt. Das heißt, basierend auf den vorbekannten geometrischen Eigenschaften und der aktuellen Betriebsposition der Schnecke kann abgeschätzt werden, welche Verweilzeit beliebige Teilbereiche des Werkstoffs 4 in der Spritzeinheit 10 aufweisen.
  • Die Thixomoldingmaschine 1 umfasst weiterhin eine Anzeigevorrichtung 8, welche mit der Erfassungsvorrichtung 9 verbunden ist, und welche eingerichtet ist, die ermittelte Verweilzeit anzuzeigen.
  • Die ermittelte Verweilzeit kann als Grundlage für eine Optimierung des Betriebs der Thixomoldingmaschine 1 dienen, da anhand der Verweilzeit Informationen über einen aktuellen Zustand des Werkstoffs 4, insbesondere des bevorstehenden Schusses 40, gewonnen werden können. Basierend darauf können Betriebsparameter der Thixomoldingmaschine 1 so angepasst werden, um einerseits Bauteile mit möglichst hoher Materialqualität herstellen zu können, und andererseits, um Schäden an der Thixomoldingmaschine 1 zu vermeiden.
  • Hierfür wird die jeweils ermittelte Verweilzeit mit einem vorbestimmten Verweilzeit-Bereich verglichen. Der Verweilzeit-Bereich basiert auf Kennwerten der Thixomoldingmaschine 1 sowie Materialeigenschaften des zu spritzenden Werkstoffs 4. Insbesondere gibt der Verweilzeit-Bereich einen Bereich vor, innerhalb welchem die Verweilzeit liegen darf, und außerhalb welchem keine optimalen Materialeigenschaften des Werkstoffs 4 mehr vorliegen. Das heißt, die momentane Verweilzeit sollte stets innerhalb des Verweilzeit-Bereichs liegen, um Beschädigungen der Thixomoldingmaschine 1 und unzureichende Materialeigenschaften der herzustellenden Bauteile zu vermeiden.
  • Der Bediener kann dabei den Werkstoff 4 oder bestimmte Eigenschaften des Werkstoffs 4 mittels der Eingabevorrichtung 16 eingeben. Die Steuervorrichtung 15 berechnet daraufhin automatisch den Verweilzeit-Bereich. Vorzugsweise wird zudem eine optimale Soll-Verweilzeit, welche innerhalb des Verweilzeit-Bereichs liegt, ermittelt.
  • Beim Betrieb der Thixomoldingmaschine 1 wird die momentane Verweilzeit permanent überwacht. Liegt die ermittelte momentane Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs, so erfolgt mittels der Steuervorrichtung 15 eine automatische Betätigung der Heizvorrichtung 6 und/oder des Heißkanals 7 basierend auf der ermittelten Verweilzeit. Vorzugsweise erfolgt hierbei das Betätigen der Heizvorrichtung 6 und/oder des Heizkanals 7 so, dass eine Wärmezufuhr an den Werkstoff 4 verringert wird, wenn die momentane Verweilzeit größer ist als die Soll-Verweilzeit, und weiterhin so, dass eine Wärmezufuhr an den Werkstoff 4 erhöht wird, wenn die momentane Verweilzeit kleiner ist als die Soll-Verweilzeit. Das heißt, es erfolgt eine Anpassung der Plastifizierung des Werkstoffs 4 über die Wärmezufuhr automatisiert und vom Bediener unbemerkt im Hintergrund. Dadurch können die optimalen Materialeigenschaften bei der Herstellung der Bauteile auf einfache und für den Bediener besonders komfortable Weise sichergestellt werden.
  • Die ermittelte Verweilzeit wird dabei permanent mittels der Anzeigevorrichtung 8 dem Bediener der Thixomoldingmaschine 1 angezeigt. Zudem werden mittels der Anzeigevorrichtung 8 Hinweise zum Anpassen der Betriebsparameter der Thixomoldingmaschine 1 angezeigt, sodass der Bediener manuell die Betriebsparameter anpassen kann, um beispielsweise die optimale Soll-Verweilzeit zu erreichen.
  • Wenn sich die ermittelte momentane Verweilzeit ändert und einer der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs annähert, was beispielsweise auftreten kann, wenn Betriebsparameter, wie die Zykluszeit und/oder eine Schneckendrehzahl verändert werden, so wird mittels der Anzeigevorrichtung 8 ein akustisches und/oder optisches Signal an den Bediener der Thixomoldingmaschine 1 ausgegeben. Ebenfalls wird ein akustisches und/oder optisches Signal an den Bediener ausgegeben, wenn die momentane Verweilzeit eine der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs überschreitet. Dadurch wird dem Bediener mitgeteilt, dass die Verweilzeit den erlaubten Verweilzeit-Bereich verlassen wird bzw. schon verlassen hat.
  • Zur anschließenden Optimierung des Betriebs der Thixomoldingmaschine 1 gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum einen kann die Steuervorrichtung 15 die Betriebsparameter der Spritzeinheit 10 automatisch so regeln, dass die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs bleibt. Hierbei wird einer oder mehrere der folgenden Betriebsparameter geregelt: Zykluszeit, Schneckendrehzahl, Staudruck, Schneckenhub.
  • Alternativ kann die Einstellung der Betriebsparameter der Spritzeinheit 10 dem Bediener überlassen werden, wobei dieser mittels der Eingabevorrichtung 16 manuell die Betriebsparameter der Spritzeinheit 10 anpassen kann.
  • In beiden Fällen erfolgt ein Stoppen der Spritzeinheit 10, wenn die ermittelte momentane Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich verlässt. Dadurch wird verhindert, dass beispielsweise noch nicht vollständig aufgeschmolzener Werkstoff 4 oder bereits zu lange geheizter Werkstoff 4 in das Gießwerkzeug 5 eingespritzt wird. Ferner wird dadurch verhindert, dass eine Beschädigung der Thixomoldingmaschine 1 beispielsweise aufgrund von zu zähen Fleißeigenschaften des Werkstoffs 4 innerhalb der Spritzeinheit 10 auftritt.
  • Für den Fall, dass die Verweilzeit eine Obergrenze des Verweilzeit-Bereichs überschreitet, ist ein Teil des Werkstoffs 4 innerhalb des Zylinders 2 bereits beschädigt, sodass dieser vor einem erneuten Start eines Produktionszyklus der Spritzeinheit 10 ausgetragen werden muss. In Abhängigkeit der Verweilzeit wird dabei mittels der Erfassungsvorrichtung 8 ermittelt, welches Volumen des gesamten Werkstoffvolumens innerhalb des Schneckenkanalvolumens auszutragen ist. Weist beispielsweise der Teil des Werkstoffvolumens, welcher sich in den vordersten beiden Windungen der Schnecke 3 ausgehend von einer Schneckenspitze 31 befindet, beispielhaft gekennzeichnet durch den Bereich A, eine Verweilzeit auf, welche oberhalb der Obergrenze des Verweilzeit-Bereichs liegt, so ist dieses Werkstoffvolumen vor dem Start des nächsten Produktionszyklus der Spritzeinheit 10 auszutragen. Basierend auf diesem ermittelten auszutragenden Werkstoffvolumen, wird eine Anzahl an Abspritzzyklen ermittelt, welche vor dem Start des nächsten Produktionszyklus der Spritzeinheit 10 durchzuführen ist. Diese ermittelte Anzahl an Abspritzzyklen wird dem Bediener anschließend mittels der Anzeigevorrichtung 8 angezeigt. Vorzugsweise kann der Bediener dabei wählen, ob er diese Anzahl an Abspritzzyklen manuell durchführt, oder ob die Thixomoldingmaschine 1 mittels Steuerung durch die Steuervorrichtung 15 dies automatisch durchführt.
  • Die Thixomoldingmaschine 1 zeichnet sich somit zu einem besonders einfachen und komfortablen Betrieb aus, wobei zuverlässig ermöglicht wird, dass Bauteile mit optimalen Materialeigenschaften hergestellt werden können, indem die Verweilzeit des Werkstoffs 4 permanent berechnet, aufgezeichnet und überwacht wird. Dabei wird zudem verhindert, dass Beschädigungen der Thixomoldingmaschine 1 durch ungeeignete Materialeigenschaften des Werkstoffs 4 auftreten können.
  • Weiterhin erlaubt die Thixomoldingmaschine 1 durch die Überwachung und Regelung der Verweilzeit eine besonders flexible Betriebsweise im Hinblick auf unterschiedlichste herzustellende Bauteile. So kann bei einem Artikelwechsel ferner die Aufheizzeit des Werkstoffs 4 ermittelt werden und basierend auf der Aufheizzeit nach dem Artikelwechsel ein Anfahrprozess ermittelt werden. Der Anfahrprozess kann ebenfalls entweder dem Bediener zur manuellen Betätigung bereitgestellt werden und/oder automatisch von der Steuervorrichtung 15 durchgeführt werden.
  • Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in der Fig. 1 Bezug genommen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Thixomoldingmaschinemaschine
    2
    Zylinder
    3
    Schnecke
    4
    Werkstoff
    5
    Gießwerkzeug
    6
    Heizvorrichtung
    7
    Heißkanal
    8
    Anzeigevorrichtung
    9
    Erfassungsvorrichtung
    10
    Spritzeinheit
    11
    Kanal
    15
    Steuervorrichtung
    16
    Eingabevorrichtung
    31
    Schneckenspitze
    35
    Längsachse
    40
    Schuss
    45
    Werkstoffreservoir
    46
    Einfüllöffnung
    50
    Form
    51
    Austrittsöffnung
    A
    Bereich auszutragendes Werkstoffvolumen

Claims (17)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschinemaschine (1), welche eine Spritzeinheit (10) mit einem Zylinder (2) und einer im Zylinder (2) aufgenommenen Schnecke (3), zum Plastifizieren eines Werkstoffs (4), insbesondere Magnesium und/oder Zink und/oder Aluminium, und zum Einspritzen des plastifizierten Werkstoffs (4) in ein Gießwerkzeug (5) aufweist, umfassend die Schritte:
    - Ermitteln einer Verweilzeit des Werkstoffs (4), insbesondere eines Schussvolumens eines bevorstehenden Schusses (40), in der Spritzeinheit (10),
    - Vergleich der ermittelten Verweilzeit mit einem vordefinierten Verweilzeit-Bereich,
    - Betätigen einer Heizvorrichtung (6) der Spritzeinheit (10) basierend auf der ermittelten Verweilzeit, wenn sich die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs befindet, und
    - Regeln der Spritzeinheit (10) derart, dass die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs bleibt, oder Stoppen der Spritzeinheit (10) wenn die ermittelte Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich verlässt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verweilzeit basierend auf einem Schneckenkanalvolumen und/oder einer Schneckenposition, insbesondere nach einem Einspritzvorgang, und/oder basierend auf einer Zykluszeit ermittelt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Thixomoldingmaschinemaschine (1) ferner einen werkzeugseitigen Heißkanal (7) aufweist, und wobei die Verweilzeit basierend auf einem Volumen des Heißkanals (7) ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vordefinierte Verweilzeit-Bereich basierend auf Materialeigenschaften des Werkstoffs (4) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Regeln der Spritzeinheit (10) der Thixomoldingmaschinemaschine (1) einer oder mehrere der folgenden Betriebsparameter der Spritzeinheit (10) geregelt werden: Zykluszeit, Schneckendrehzahl, Staudruck, Schneckenhub.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der Heizvorrichtung (6) der Thixomoldingmaschinemaschine (1) der Zylinder (2) und/oder die Schnecke (2) und/oder einen werkzeugseitiger Heißkanal (7) der Thixomoldingmaschinemaschine (1) verweilzeitgeregelt geheizt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels einer Anzeigevorrichtung (8) dem Bediener der Thixomoldingmaschinemaschine (1) permanent die aktuelle Verweilzeit des Werkstoffs (4) angezeigt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels einer Anzeigevorrichtung (8) ein Signal an einen Bediener der Thixomoldingmaschinemaschine (1) ausgegeben wird, wenn die Verweilzeit sich einer der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs nähert, und/oder eine der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs überschreitet.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels einer Anzeigevorrichtung (8) dem Bediener der Thixomoldingmaschinemaschine (1) Hinweise zum Anpassen der Betriebsparameter der Spritzeinheit (10) gegeben werden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Ermitteln der Verweilzeit Stillstandszeiten der Spritzeinheit (10) oder der Thixomoldingmaschinemaschine (1) berücksichtigt werden.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Werkstoff (4) in der Spritzeinheit (10) so plastifiziert wird, dass der Werkstoff (4) beim Einspritzen in das Gießwerkzeug (5) in einem thixotropen Zustand vorliegt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren ferner die Schritte umfasst:
    - Ermitteln einer Soll-Verweilzeit basierend auf einem, insbesondere mittels einer Eingabevorrichtung (16) eingebbaren, Sollwert eines thixotropen Anteils des zu spritzenden Bauteils, und
    - Regeln der Spritzeinheit (10) basierend auf der ermittelten Soll-Verweilzeit.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren im Falle eines Artikelwechsels ferner die folgenden Schritte umfasst:
    - Ermitteln einer Aufheizzeit des Werkstoffs (4), und
    - Ermitteln eines Anfahrprozesses der Spritzeinheit (10) nach dem Artikelwechsel und basierend auf der Aufheizzeit.
  14. Thixomoldingmaschinemaschine, umfassend:
    - ein Gießwerkzeug (5),
    - eine Spritzeinheit (10) mit einem Zylinder (2) und einer im Zylinder (2) aufgenommenen Schnecke (3), zum Plastifizieren eines Werkstoffs (4), insbesondere Magnesium und/oder Aluminium, und zum Einspritzen des plastifizierten Werkstoffs (4) in ein Gießwerkzeug (5),
    - eine Heizvorrichtung (6), welche eingerichtet zum Heizen der Spritzeinheit (10),
    - eine Erfassungsvorrichtung (9), welche eingerichtet ist, eine Verweilzeit des Werkstoffs (4), insbesondere eines Schussvolumens eines bevorstehenden Schusses (40), in der Spritzeinheit (10) zu ermitteln, und
    - eine Steuervorrichtung (15), welche eingerichtet ist:
    - die Heizvorrichtung (6) basierend der ermittelten Verweilzeit zu betätigen, wenn sich die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs befindet, und
    - die Spritzeinheit (10) zu stoppen, wenn die ermittelte Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich verlässt, oder die Spritzeinheit (10) derart zu regeln, dass die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs verbleibt.
  15. Thixomoldingmaschinemaschine nach Anspruch 14, wobei die Heizvorrichtung (6) eingerichtet ist, den Zylinder (2) und/oder die Schnecke (3) und/oder einen Heißkanal (7) der Spritzeinheit (10) zu heizen.
  16. Thixomoldingmaschinemaschine nach einem der Ansprüche 14 oder 15, ferner umfassend eine Anzeigevorrichtung (8), welche eingerichtet ist zur Anzeige der ermittelten Verweilzeit.
  17. Thixomoldingmaschinemaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 16, ferner umfassend eine Eingabevorrichtung (16), zur manuellen Eingabe von Betriebsparametern.
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