AT515969A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erstellung zumindest eines metallischen Bauteils - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erstellung zumindest eines metallischen Bauteils durch Einspritzen von fließfähigem metallischem Material in zumindest eine Kavität einer mehrteiligen Form, umfassend eine Fördereinrichtung für das fließfähige metallische Material, zumindest eine der Fördereinrichtung stromabwärts nachgeordnete Düse (7) und die Form mit der zumindest einen Kavität, wobei an die Fördereinrichtung eine Verteilereinheit (8) mit mehreren Düsen (7) anschließt, über welche das fließfähige metallische Material unter Druck in die zumindest eine Kavität einspritzbar ist, um die zumindest eine oder mehrere Kavitäten gleichzeitig über einzelne Düsen (7) zu befüllen. Um auch bei den vorgesehenen mehreren Düsen (7) eine gut kontrollierbare Befüllung der zumindest einen oder mehreren Kavitäten zu erreichen, sind gemäß der Erfindung Kanäle (10) der Verteilereinheit (8) frei von Ecken mit einem rechten Winkel ausgebildet. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Gießen zumindest eines metallischen Bauteils.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Erstellung zumindest eines metallischen Bauteils

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erstellung zumindest eines metallischenBauteils durch Einspritzen von fließfähigem metallischen Material in zumindest eineKavität einer mehrteiligen Form, insbesondere zum Gießen von Magnesium oderMagnesiumlegierungen im thixotropen Zustand, umfassend eine Fördereinrichtung für dasfließfähige metallische Material, zumindest eine der Fördereinrichtung stromabwärtsnachgeordnete Düse und die Form mit der zumindest einen Kavität, wobei an dieFördereinrichtung eine Verteilereinheit mit mehreren Düsen anschließt, über welche dasfließfähige metallische Material unter Druck in die zumindest eine Kavität einspritzbar ist,um die zumindest eine oder mehrere Kavitäten gleichzeitig über einzelne Düsen zubefüllen.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Gießen zumindest einesmetallischen Bauteils, wobei fließfähiges metallisches Material, insbesondere Magnesiumoder eine Magnesiumlegierung im thixotropen Zustand, zur Bildung des zumindest einenBauteils von einer Fördereinrichtung über eine Verteilereinheit zu mehreren Düsen geführtund über diese unter Druck in zumindest eine Kavität einer mehrteiligen Form eingespritztwird, wonach das zumindest eine Bauteil in der Form erstarren gelassen wird, worauf dieForm geöffnet und das zumindest eine Bauteil entnommen wird, wonach die Formgeschlossen und das nächste Bauteil erstellt wird.

In vielen Technologiebereichen wird versucht, Komponenten bzw. Bauteile höherer Dichtedurch solche mit einer niedrigeren Dichte zu ersetzen. Grundgedanke dabei ist zumeist,dass durch die Verwendung von Bauteilen niedrigerer Dichte und die damiteinhergehende Gewichtsreduzierung zusätzliche Vorteile erreicht werden. Als Beispieldienen aktuelle Entwicklungen im Automobilbau, wo traditionell aus Stahl hergestellteKomponenten bzw. Bauteile teilweise durch solche aus Leichtmetallen ersetzt werdenbzw. worden sind.

Eine bloße Gewichtsoptimierung durch Einsatz eines Leichtmetalls zum Ersatz vonKomponenten aus Stahl oder anderen Materialien höherer Dichte ist noch nichtausreichend. Vielmehr müssen die substituierenden Leichtmetalle selbstverständlich auchdie geforderten mechanischen Eigenschaftsprofile aufweisen, was gegebenenfalls durch etwas stärkere Auslegung der Bauteile kompensiert werden kann, ohne den Vorteil derGewichtsersparnis zu verlieren.

Als leichtgewichtige Materialien für die angesprochenen Zwecke werden vorrangigAluminium und Aluminiumlegierungen eingesetzt. In jüngerer Zeit haben aber Magnesiumund Magnesiumbasislegierungen, also solche, die überwiegend Magnesium enthalten,den Fokus auf sich gezogen. Magnesium ist deutlich leichter als Aluminium, weshalb sichmit Bauteilen aus Magnesium oder Magnesiumbasislegierungen potenziell deutlichhöhere Gewichtseinsparungen erreichen lassen. Zudem sind auch für viele Bereicheausreichende mechanische Eigenschaften gegeben.

Magnesium und Magnesiumlegierungen lassen sich so wie Aluminium undAluminiumlegierungen durch Gießen in Formen verarbeiten. Weist eine FormAusnehmungen entsprechend einem zu erstellenden Bauteil auf, kann diesesendabmessungsnah erstellt werden.

Magnesium und Magnesiumlegierungen können beispielsweise im Druckguss verarbeitetwerden, wobei fließfähiges metallisches Material unter hohem Druck in eine Formeingespritzt wird. Beim Druckguss ist allerdings nachteilig, dass Bauteile nur mitbestimmter Dimensionierung gegossen werden können. Die Herstellung dünner Bauteilemit Wandstärken von beispielsweise 1 mm ist im Druckguss gegenwärtig kaum möglich.Ein anderer Nachteil des Druckgusses besteht im begrenzten Fließweg während derHerstellung. Je länger der Fließweg ist, umso eher kommt es lokal zu vorzeitigenErstarrungen und umso eher liegen im final erstellten Bauteil Inhomogenitäten vor.

Die Probleme des Druckgusses sind bei einem Thixomoldingverfahren vermieden. BeimThixomolding handelt es sich um eine Technologie, die in den 80-er Jahren des letztenJahrhunderts entwickelt wurde. Bei dieser Technologie wird Magnesium imTemperaturbereich des Fest-Flüssig-Übergangs verarbeitet; bei Legierungen wird imBereich des Phasendiagramms zwischen der Soliduslinien und der Liquiduslinie, also imsemi-solid-Zustand gearbeitet. In diesen Temperaturbereichen liegen bei der Verarbeitungfeine Kristallite in der umgebenden Schmelze vor. Derartiges fließfähiges Material lässtsich leicht in Formen einspritzen, kann zu Bauteilen mit dünnen Wandstärken von etwa 1 mm verarbeitet werden und führt vor allem auch zu Bauteilen mit hoherMaterialhomogenität und damit letztlich auch gutem Materialverhalten im Einsatz.

Beim Thixomolding werden Vorrichtungen eingesetzt, die eine Fördereinrichtung(sogenanntes Barrel) aufweisen, die in einem Mantel aus einem Stahl eine Schneckebeherbergen. Übereinen Einfüllstutzen wird metallisches Granulat zugeführt, das imBarrel auf die gewünschte Temperatur gebracht und homogenisiert wird. An das Barrelschließt eine Düse an, über welche eingespritzt wird. Die Düse ist in einem ersten Teileiner Form gehalten, wobei dieser Teil der Form während des gesamten Zyklus vomEinspritzen bis zur Bauteilentnahme und dem Wiederverschließen der Form unverändertin Position gehalten wird. Ein zweiter Teil der Form hingegen ist beweglich ausgeführt undwird für die Erstellung eines Bauteils an den ersten Teil der Form mit einem Schließdruckangepresst. Im angestellten bzw. zweiten Teil der Form sind eine oder mehrere Kavitätenvorgesehen, in welchen durch Einspritzen des fließfähigen metallischen Materials imthixotropen Zustand das oder die Bauteile abgeformt werden. Nach Einspritzen undKühlung der Form wird der zweite Teil zurückgefahren, sodass eine Entnahme deserstellten Produktes möglich ist. Nach Aufbringen eines Trennmittels wird der zweite Teilder Form wieder angestellt bzw. angepresst und es beginnt der nächste Zyklus.

Bei bekannten Thixomoldingvorrichtungen erfolgt ein Einspritzen über eine einzelne Düse.Dies bedeutet, dass das fließfähige metallische Material vom sogenanntenAnschusspunkt ausgehend, an dem die Füllung einer oder mehrerer Kavitäten beginnt,das gesamte Volumen füllen muss. Um dies bei einer einzelnen Kavität möglichst raschzu erreichen, ist ein Anguss vorgesehen. Dieser verzweigt sich vom Anschusspunkt zuverschiedenen Bereichen des zu erstellenden Bauteils. Dadurch kann sichergestelltwerden, dass das Bauteil bei einer einzigen Kavität möglichst rasch abgeformt und damiteine Zykluszeit geringgehalten wird. Sind mehrere Kavitäten zur Erstellung mehrerergleicher Bauteile in einem einzigen Arbeitsgang vorgesehen, ist ein Anguss zwingenderforderlich, da sich das fließfähige Material vom Anschusspunkt weg gleich schnell zumehreren Kavitäten gleicher Abformung bewegen muss.

Wird mit einer einzelnen Düse eingespritzt, ergeben sich mehrere Nachteile. Zunächstfällt immer Abfall an. Das oder die Bauteile müssen von jenem Material abgetrenntwerden, das sich im Bereich des Angusses verfestigt. Darüber hinaus steigt mit dem

Anguss und somit einem zusätzlich zu befüllenden Volumen auch die projizierte Fläche,weshalb ein Schließdruck höher zu bemessen ist. Darüber hinaus muss das Materialentlang des Angusses fließen, was zu längeren Fließwegen führt, die wiederumAusgangspunkt für Materialinhomogenitäten sein können. Letztlich ist nach demEinspritzen auch das Material im Bereich des Angusses in eine feste Form zu bringen,was mit einer höheren Kühlleistung verbunden ist.

Zur Behebung dieser Probleme wurde schon versucht, eine Vorrichtung mit mehrerenDüsen einzusetzen, wobei das thixotrope Material vom Barrel bzw. einerFördereinrichtung über eine Verteilereinheit mehreren Düsen zugeführt wird. ImUnterschied zu Kunststoffen, die sich relativ leicht bei niedrigen Temperaturen verarbeitenlassen, ist dies jedoch bei Magnesium und Magnesiumlegierungen im thixotropen Zustandäußerst schwierig. Dies mag daran liegen, dass eine Schwindung des Magnesiums beimErstarren mit etwa 10 % besonders groß ist, gleichzeitig aber eine vollständige Füllungvon gegebenenfalls mehrerer Kavitäten erreicht werden soll, höhe Drücke angewendetwerden, die Verarbeitungstemperaturen wesentlich höher sind und bei der gewünschtenvollständigen Kavitätsfüllung der Prozess dennoch so temperatursensibel zu führen ist,dass bei geöffneter Form kein Material aus den Düsen austritt, was zu einem Abbrandführen könnte.

Die bisherigen Lösungen können mit einer Verteilereinheit mit mehreren Düsen bestehen,wobei Verteilerarme mit zumindest weitgehend ident ausgebildeten Abschnitten zueinzelnen Düsen führen. Eine entsprechende Vorrichtung ist in der US 2007/0199673 A1offenbart. Allerdings erweisen sich Vorrichtungen dieser Art für eine Serienproduktion mitZykluszeiten von weniger als 40 Sekunden im Dauerbetrieb nicht als operabel.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben,mit der ein mehrfaches Anschießen über mehrere Düsen mit hoher Prozesssicherheitmöglich ist.

Ein weiteres Ziel besteht darin, ein hierfür geeignetes Verfahren anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, wenn bei einer Vorrichtung der eingangsgenannten Art die Kanäle der Verteilereinheit frei von Ecken mit einem rechten Winkelausgebildet sind.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass eine Ausbildung einer Verteilereinheitgemäß dem Stand der Technik, welche in einzelnen Abschnitten rechte Winkel aufweist,Ausgangspunkt für eine mangelnde Prozesssicherheit sein kann. Durch die rechtenWinkel muss das fließfähige metallische Material unter den gegebenen hohen Drückenvon mehreren Hundert bar stark umgelenkt werden, was hohe Druckspitzen ergibt undzudem die Förderung des fließfähigen metallischen Materials erschwert. Im Gegensatzdazu ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Verteilereinheit im Bereich von einemVerzweigungspunkt der Kanäle bis zu den Düsen keine Ecken aufweist, die einen rechtenWinkel einschließen. Dadurch werden die erwähnten Druckspitzen, welche einemhomogenen Materialfluss entgegenstehen, vermieden. Stumpfe Winkel können allenfallsin den Kanälen vorhanden sein. Letztlich wird dadurch die Fördereinrichtung bzw. dasBarrel geschont.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verteilereinheit eckenfrei ausgebildet ist.Dies bedeutet, dass das Material von einem Verzweigungspunkt innerhalb derVerteilereinheit oder einer Anschlussstelle zur Fördereinrichtung bzw. des Barrels bis hinzu einem Auslass keine Ecke aufweist, um welche das gießfähige metallische Material zuleiten ist. Besonders bevorzugt ist es aus den erwähnten Gründen, dass dieVerteilereinheit geradlinige Abschnitte aufweist, welche von einem Verzweigungspunkt zuden Düsen führen. Der Verzweigungspunkt ist an einer Stirnseite oder innerhalb derVerteilereinheit positioniert und wird über ein Ende des Barrels mit Material beschickt. AmVerzweigungspunkt verteilt sich das so zugeführte Material in die einzelnen Abschnitteder Verteilereinheit und gelangt letztlich zu den Düsen, über welche ein Einspritzenerfolgen kann. Hierbei erweist es sich als besonders günstig, wenn die Kanäle derVerteilereinheit vom Verzweigungspunkt mit einem Winkel von maximal 50°, vorzugweisemaximal 45°, insbesondere 20° bis 40°, abzweigen. Der entsprechende Winkel beziehtsich auf eine Achse der Fördereinrichtung, üblicherweise eine horizontale Achse einesBarrels. Um einen möglichst sanften Materialfluss zu erreichen, sollte dieser Winkeleinerseits maximal 50°, vorzugsweise maximal 45°, betragen. Andererseits ergibt sich beider Ausbildung der Abschnitte in geradliniger Form, dass die Verteilereinheit und damit letztlich ein erstes Teil der Form bei gegebener Bauteilgröße umso länger auszubilden ist,desto kleiner der Winkel ist, da mit kleinerem Winkel die Aufspreizung verringert wird.Insofern ist es günstig, wenn ein unterer Schwellwert für den Winkel von 20° nichtunterschritten wird.

Die Verteilereinheit kann grundsätzlich beliebig viele Kanäle aufweisen. Ein Minimumstellen zwei Kanäle dar. Bevorzugt ist es jedoch, dass die Verteilereinheit zumindest dreiKanäle aufweist.

Die Verteilereinheit ist in einem ersten Teil der Form integriert. Um die Verteilereinheitherum ist zumindest ein Heizelement vorgesehen, um die Verteilereinheit beheizen zukönnen. Es versteht sich, dass die Verteilereinheit mit dem Heizelement weiter von einerWärmeisolierung umgeben sein kann, um eine Temperatur in der Verteilereinheitbestmöglich einstellen und halten zu können. Für jede einzelne Düse ist mit Vorteil eine Heizeinrichtung vorgesehen. Durch einzelneHeizeinrichtungen an den Düsen lässt sich die Temperatur an bzw. in diesen einstellen,was sich während eines Zyklus als großer Vorteil erweisen kann. Hierfür kanninsbesondere eine Steuerung für die Heizeinrichtungen vorgesehen sein, welche eineTemperatur an bzw. in den Düsen in Abhängigkeit vom Status eines Zyklus variabelsteuert. Dadurch kann eine Temperatur an einer Düse während des Einspritzens hochgehalten, während der anschließenden Bauteilkühlung und Entnahme aber abgesenktund anschließend für den nächsten Zyklus zur Erstellung eines Bauteils wieder gesteigertwerden.

Die einzelnen Heizeinrichtungen für die Düsen sind bevorzugt als Widerstandsheizungenausgebildet, welche neben einer hohen Leistung auch eine gute Steuerung ermöglichen.

Die einzelnen Düsen sind bevorzugt aus einem Stahl, insbesondere einemWarmarbeitsstahl, gebildet, um den teilweise hohen Einsatztemperaturen von 500 °C bis800 °C dauerhaft standhalten zu können.

Um eine rasche Temperaturanpassung an den Düsen innerhalb eines Zyklus von wenigerals 40 Sekunden erreichen zu können, sind die Heizeinrichtungen bevorzugt an den Düsen angelötet. Die Düsen können hierfür außenseitig Vertiefungen aufweisen, inwelchen die Heizeinrichtungen angelötet spiralförmig verlaufen.

Das weitere Ziel wird erreicht, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dasfließfähige metallische Material von einem Verzweigungspunkt der Verteilereinheitumlenkungsfrei zu den Düsen geführt wird.

Ein mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielter Vorteil ist insbesondere darin zusehen, dass bei der Zuführung des fließfähigen metallischen Materials zu mehrereneinzelnen Düsen Druckspitzen und damit letztlich nicht kontrollierbareProzessunsicherheiten vermieden werden. Das Verfahren eignet sich daher insbesonderebei Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, um große Bauteile, gegebenenfallsauch mit geringen Wandstärken, unter Füllung einer Kavität von mehreren Punkten ausherzustellen. Analoges trifft zu, wenn zur Erstellung mehrerer Bauteile mehrere Kavitätenüber die Zuführung durch die Düsen an einzelnen Punkten gleichzeitig befüllt werden.

Entsprechend den dargelegten Vorteilen ist es besonders zweckmäßig, wenn dasfließfähige metallische Material vom Verzweigungspunkt verzweigend entlang geradlinigerAbschnitte der Verteilereinheit zu den Düsen geführt wird. Dabei kann ein günstigerMaterialfluss insbesondere auch dann erreicht werden, wenn das fließfähige metallischeMaterial vom Verzweigungspunkt mit einem Winkel von maximal 50°, vorzugsweisemaximal 45°, insbesondere 20° bis 40°, abzweigend zu den Düsen geführt wird.

Damit ein gleichzeitiges Füllen einer großen Kavität von mehreren Punkten aus odergegebenenfalls ein Füllen gleich dimensionierter Kavitäten zur Erstellung mehrerergleicher Bauteile an einzelnen Punkten erfolgen kann, ohne dass Druckspitzen oderFehlstellen wie Lunker oder Porosität auftreten, sollen die einzelnen Düsen beimAnschießen gleichzeitig öffnen. Dies kann erreicht werden, wenn die Düsen bei geöffneterForm beheizt werden, um in den Düsen gebildete Pfropfen vordem Erstellen desnächsten Bauteils zumindest zu erweichen. Während des Kühlens der Form zwecksErstarrung des oder der Bauteile bildet sich in den einzelnen Düsen aufgrund der gutenWärmeleitung des vergossenen Materials ein Pfropfen. Dieser Pfropfen ist durchauserwünscht, weil dieser eine Düse temporär abdichtet und somit verhindert, dass beigeöffneter Form Material ausfließt. Beim neuerlichen Anschießen im nächsten Zyklus stellt dieser Pfropfen jedoch ein zu überwindendes Hindernis dar, dem gemäß dem Standder Technik durch einen hohen Druck beim Anschießen Rechnung getragen wird, sodassder Pfropfen ausgeschossen und in einem sogenannten Pfropfenfänger aufgefangen wird.Bei Einsatz einer Verteilereinheit mit mehreren Düsen könnte dies jedoch zu einem nichtmehr gleichzeitigen Öffnen aller Düsen führen, wenn die Drücke partiell zu gering sind.Darüber hinaus wären auch entsprechend hohe Drücke für das gleichzeitige Ausschießenmehrerer Pfropfen erforderlich. Werden die Düsen jedoch so beheizt, dass die gebildetenPfropfen vor dem Erstellen des nächsten Bauteils zumindest erweichen, vorzugsweiseaufgeschmolzen werden, sind die zunächst erwünschten, später aber hinderndenPfropfen nicht mehr wirksam, sodass ein gleichzeitiges Anspritzen an mehreren Stellenüber mehrere Düsen erfolgen kann. In diesem Zusammenhang wird bevorzugt sovorgegangen, dass nach Öffnen der Form und Entnahme des oder der Bauteile eineHeizleistung an den Düsen so eingestellt wird, dass der Pfropfen ohne Eintritt vonfließfähigem metallischen Material in die zumindest eine Kavität erweicht. Mit anderenWorten: Der an einer Stirnseite durch Entnahme des Bauteils abgebrochene Pfropfen wirdbereits erweicht, wenn die Form noch offen ist. Ein Sicherheitsrisiko ist dadurch nichtgegeben, weil das Material im drucklosen Zustand auch dann nicht entweicht, wenn sichder feste Pfropfen zu einem erweichten dünnen Häutchen umgewandelt hat.Anschließend, wenn die Form wieder geschlossen ist, kann eine Heizleistung an denDüsen gesteigert werden, um das nächste Bauteil zu erstellen. Im Idealfall werdendadurch letzte Reste des Pfropfens bzw. das dünne Häutchen aufgelöst, sodass jedeeinzelne Düse zeitgleich für einen Anschuss zur Verfügung steht.

Da die Pfropfen in den Düsen wie vorstehend erläutert aber an sich erforderlich sind, wirdbevorzugt die Heizleistung an den Düsen verringert, wenn das Bauteil erstarren gelassenwird, sodass eine Temperatur für eine Pfropfenbildung in den Düsen unterschritten wird.Zusammen mit den vorstehenden Maßnahmen der Temperaturführung ergibt sich somiteine dynamische Kontrolle der Temperatur an bzw. in den Düsen, die während einesZyklus umfassend Anschießen bzw. Einspritzen, Form- und Bauteilkühlung, Formöffnungund Bauteilentnahme, Aufbringen eines Trennmittels auf die geöffnete Form, Schließender Form für die Erstellung des nächsten Bauteils, die optimal an den jeweiligen Schrittdes (Erstellungs-)Zyklus angepasst ist.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus dernachstehenden Erläuterung derselben. In den Zeichnungen, auf welche hierbei Bezuggenommen werden, zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Erstellen von Bauteilen in einem Thixomoldingverfahren;

Fig. 2 eine Verteilereinheit;

Fig. 3 einen Ausschnitt gemäß III aus Fig. 2;

Fig. 4 ein Teil einer Form mit einer Kavität und einem Anschusspunkt;

Fig. 5 ein Teil einer Form mit einer Kavität und mehreren Anschusspunkten;

Fig. 6 einen Verfahrensablauf;

Fig. 7 eine schematische Darstellung des Materialverhaltens in einer Düse während desVerfahrensverlaufs gemäß Fig. 7.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 dargestellt, die für ein Thixomolding von Bauteilen 2 ausMagnesium oder eine Magnesiumlegierung ausgelegt ist. Die Vorrichtung 1 umfasst einenBehälter, in dem das zu verarbeitende Material 3 in Granulatform vorrätig gehalten ist.Über einen Saugförderer oder ein anderes Förderelement wird Material 3 aus demBehälter in einen Einfüllstutzen gefördert. Über den Einfüllstutzen gelangt das Material 3in eine Fördereinrichtung 6 bzw. ein Barrel, das mit einer Schnecke mit entsprechendemAntrieb versehen ist. Das Barrel wird durch eine Heizung auf einer geeignetenTemperatur gehalten, sodass das Material 3 einen thixotropen Zustand annimmt bzw. indiesem Zustand zu einer stromabwärts nachgeordneten Düse 7 transportiert wird. DieDüse 7 ist in einem ersten Teil 11 einer Form 5 integriert. Ein zweiter Teil 12 der Formliegt dem ersten Teil 9 der Form 5 gegenüber und ist horizontal verschiebbar, sodass dieForm 5 geöffnet werden kann, beispielsweise um mittels eines Roboterarmes erstellteBauteile 2 zu entnehmen.

In Fig. 2 ist eine Verteilereinheit 8 dargestellt, welche in einer erfindungsgemäßenVorrichtung 1 zum Einsatz kommt. Die Verteilereinheit 8 weist mehrere Kanäle 10 auf, diesich von einem Verzweigungspunkt 15 in der Verteilereinheit 8 weg erstrecken. In Fig. 2ist ein Querschnitt einer Verteilereinheit 8 dargestellt, die insgesamt vier Kanäle 10aufweist. Die Kanäle 10 sind in Abschnitten 9 ausgebildet, die gerade verlaufen.Grundsätzlich können die Abschnitte 9 aber auch gebogen oder in anderer Formausgeführt sein, solange Ecken vermieden sind, um welche fließfähiges metallisches

Material 3 nur schwer bzw. unter Aufbau lokaler Druckspitzen insbesondere im Barrelumleitbar ist. Die Verteilereinheit 8 ist in den ersten Teil 11 der Form 5 eingebaut undschließt an einem Einlass an die Fördereinrichtung 6 bzw. das Barrel an. Das Barrel ist imAnschlussbereich bloß an die Verteilereinheit 8 gepresst. Um in diesem Bereich, durchwelchen das Material 3 beispielsweise mit einer Temperatur von 600 °C durchläuft,dichtzuhalten, sind die Anlageflächen von einem mit Druckluft gekühlten Stahlringumgeben. Zwar bilden sich zwischen den drei Elementen Barrel, Verteilereinheit 8 undRing geringfügige Spalte, in diesen erstarrt eintretendes metallisches Material 3 jedochsofort, sodass quasi eine Selbstdichtung gegeben ist.

Die Abschnitte 9 mit den gerade verlaufenden Kanälen 10 schließen an eine zentraleZuführung 16, welche eine axiale Erstreckung entlang einer vorzugsweise horizontalenAchse der Fördereinrichtung 6 bzw. des Barrels darstellt, vom Verzweigungspunkt 15vorzugsweise unter jeweils gleichem Winkel α an. Ein Winkel α sollte zwischen 20° und50°, bevorzugt 20° und 40°, betragen. Dadurch ergibt sich ein sanfter Fluss vomVerteilungspunkt weg hin zu einzelnen Düsen 7, die endseitig im Bereich der Abschnitte 9an der Verteilereinheit 8 positioniert sind.

Eine Düse 7 ist näher in Fig. 3 dargestellt. Die Düse 7 schließt an einen Kanal 10 einesAbschnittes 9 an. Die Düse 7 kann am Abschnitt 9 unlösbar befestigt oder integral mitdiesem ausgebildet sein. Möglich ist es auch, dass die Düse am Abschnitt 9 lösbarbefestigt ist, beispielsweise durch eine Schraubverbindung. Dies erlaubt es, die Düse 7gegebenenfalls auszutauschen. Die Düse 7 ist außenseitig von einer Heizeinrichtung 13umgeben. Die Heizeinrichtung 13 ist als Widerstandsheizung ausgebildet. Dabei erstrecktsich eine Heizwendel entlang der Düse 7 um diese spiralförmig herum. Für eine guteWärmeübertragung und damit eine rasche Einstellbarkeit der Temperatur an bzw. in derDüse 7 ist die Heizeinrichtung 13 bevorzugt stoffschlüssig mit der Düse 7 verbunden,insbesondere durch Löten. Wenngleich im Ausführungsbeispiel eine Widerstandsheizungvorgesehen ist, kann auch eine induktiv oder anders arbeitende Heizung vorgesehensein. In einem endseitigen Bereich 7, aus welchem letztlich das fließfähige metallischeMaterial 3 aus der Düse 7 am Anschusspunkt in eine Kavität 4 austritt, ist die Düse 7bereichsweise verjüngt. Aufgrund der Verjüngung kann nach Erstarrenlassen des oderder Bauteile 2 und Öffnen der Form 5 das eigentliche Gussteil leicht im Bereich des

Pfropfens 14 abgebrochen werden, wobei ein Teil eines Pfropfens 14 in der Düse 7verbleibt.

In Fig. 4 ist eine Kavität 4 mit einem Anschusspunkt sowie einem Anguss 17 dargestellt.Wie ersichtlich ist, ist vom Anschusspunkt weg bis hin zur Kavität 4 quasi ein Kreuz mitdem fließfähigen metallischen Material 3 auszufüllen, ehe die Kavität 4 erreicht wird. Diesführt dazu, dass zunächst ein hoher Anteil an Abfall gegeben ist, der im Bereich desAngusses 17 anfällt. Dieser Abfall kann zwar recycelt werden, was allerdings aufwendigist. Darüber hinaus sind längere Wege zurückzulegen, was in der Verfahrensführung zuberücksichtigen ist. Auch die Schließdrücke für die Form 5 bzw. deren ersten Teil 11 undderen zweiten Teil 12 sind höher, weil die projizierte Querschnittsfläche größer ist.

In Fig. 5 ist schematisch ein Anspritzen mit einer Verteilereinheit gemäß Fig. 2 dargestellt.Über vier Abschnitte 9 mit Kanälen 10 kann die Kavität 4 unter Eintritt von fließfähigemMaterial 3 gleichzeitig an jedem der Anschusspunkte gefüllt werden.

Damit wie für Fig. 5 erläutert ein gleichzeitiges Anschießen in mehreren verschiedenenPunkten mit einer Verteilereinheit 8 gemäß Fig. 2 erfolgen kann, ist eine dynamischeTemperaturführung an den Düsen 7 zweckmäßig. Dies ist anhand Fig. 6 und 7 nähererläutert. In Fig. 6 sind zunächst die Vorgänge während eines (Ersteilungs-)Zyklusdargestellt. Bei geschlossener Form wird über das Barrel in die nachgeordnete Düse 7das Material 3 in eine oder mehrere Kavitäten 4 eingespritzt, die im zweiten Teil 12 derForm 5 vorliegen. Sind die Kavitäten 4 vollständig gefüllt, wird das Bauteil gekühlt.

Danach wird die Form 5 geöffnet, das oder die Bauteile 2 entnommen und die Form 5innerhalb weniger Sekunden gereinigt sowie mit einem Trennmittel beaufschlagt, sodasssich ein oder mehrere im nächsten Zyklus erstellte Bauteile 2 leicht entnehmen lassen.Anschließend wird die Form 5 geschlossen, womit der Zyklus beendet ist. Der nächsteZyklus beginnt wiederum mit dem Einspritzen von Material 4. Ein Zyklus, wie in Fig. 6dargestellt, ist bei Thixomoldingverfahren üblich.

Zweckmäßigerweise werden die Düsen 7 der Vorrichtung 1 einem Temperaturprogrammunterworfen, das ohne Verlängerung der Zykluszeit zu niedrigeren Druckspitzen in derFördereinrichtung 6 bzw. dem Barrel führt und damit dessen Standzeit signifikant erhöht.Die variable Temperaturführung an bzw. in einer Düse 7 ist in Fig. 7 für einen

Erstellungszyklus dargestellt. Beim Einspritzen in die geschlossene Form wird die Düse 7mit maximaler Heizleistung beaufschlagt, damit das Material 3 frei durch die Düse 7fließen kann. Dies entspricht dem Zustand A. Sobald die eine oder mehrere Kavitäten 4gefüllt sind und das Bauteil 2 gekühlt wird, kann in einem ersten Abschnitt der Düse 7,welcher einem Angusspunkt näher liegt, die Heizleistung verringert werden, wie diesdurch eine geänderte Schraffur in der Heizeinrichtung 13 dargestellt ist. Dies entsprichtdem Zustand B. Es kommt in der Düse 7 dann zur Bildung eines Pfropfens 14 in jenemBereich, der am Beginn der Düse 7 liegt. Für die Pfropfenbildung ist eine Kühlunggegebenenfalls zweckmäßig, muss aber nicht unbedingt realisiert sein. Da die Form 5 zurErstarrung des oder der Bauteile 2 gekühlt wird und Magnesium eine guteWärmeleitfähigkeit aufweist, kann sich der Pfropfen 14 grundsätzlich auch bei weiterer,allerdings allenfalls abgesenkter Beheizung der Düse 7 bilden. Bei geöffneter Form 5 undEntnahme des Bauteils 2 bricht der Pfropfen 14 im Bereich der Düse 7 ab, bleibt jedochim Wesentlichen erhalten. Dies entspricht dem Zustand C. Die Form 5 ist jetzt zwar nochoffen, aber die Heizeinrichtung 13 kann bereits mit höherer Leistung operieren, um denPfropfen 14 aufzuweichen. Dies entspricht dem Zustand D. Sobald die Form 5 wiedergeschlossen ist, kann mit der Heizeinrichtung 13 mit voller Leistung gefahren werden,sodass der Pfropfen 14 idealerweise ganz aufschmilzt. Dies entspricht dem Zustand E.Dadurch ergibt sich, dass beim nächsten Zyklus bzw. Einspritzen die Düse 7 vollkommenfrei ist, sodass Druckspitzen in der Fördereinrichtung 6 bzw. dem Barrel eliminiert oderzumindest verringert werden. Die gezielte Erweichung und anschließende Aufschmelzungdes Pfropfens 14 kann innerhalb der üblichen Zeit für einen Erstellungszyklus von wenigerals 40 Sekunden durchgeführt werden.

Claims (18)

1. Patentansprüche 1. Vorrichtung (1) zur Erstellung zumindest eines metallischen Bauteils (2) durchEinspritzen von fließfähigem metallischen Material (3) in zumindest eine Kavität (4) einermehrteiligen Form (5), insbesondere zum Gießen von Magnesium oderMagnesiumlegierungen im thixotropen Zustand, umfassend eine Fördereinrichtung (6) fürdas fließfähige metallische Material (3), zumindest eine der Fördereinrichtung (6)stromabwärts nachgeordnete Düse (7) und die Form (5) mit der zumindest einen Kavität(4), wobei an die Fördereinrichtung (6) eine Verteilereinheit (8) mit mehreren Düsen (7)anschließt, über welche das fließfähige metallische Material (3) unter Druck in diezumindest eine Kavität (4) einspritzbar ist, um die zumindest eine oder mehrere Kavitäten(4) gleichzeitig über einzelne Düsen (7) zu befüllen, dadurch gekennzeichnet, dassKanäle (10) der Verteilereinheit (8) frei von Ecken mit einem rechten Winkel ausgebildetsind.
2. 2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (10)der Verteilereinheit (8) eckenfrei ausgebildet sind.
3. 3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieVerteilereinheit (8) geradlinige Abschnitte (9) aufweist, welche von einemVerzweigungspunkt (15) zu den Düsen (7) führen.
4. 4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (10)der Verteilereinheit (8) vom Verzweigungspunkt (15) mit einem Winkel (a) von maximal50°, vorzugsweise maximal 45°, insbesondere 20° bis 40°, abzweigen.
5. 5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dassdie Verteilereinheit (8) zumindest drei Kanäle (10) aufweist.
6. 6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dassdie Verteilereinheit (8) in einem ersten Teil (11) der Form (5) integriert ist.
7. 7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dassfür jede Düse (7) eine Heizeinrichtung (13) vorgesehen ist.
8. 8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungfür die Heizeinrichtungen (13) vorgesehen ist, welche eine Temperatur an bzw. in denDüsen (7) in Abhängigkeit vom Status eines Zyklus variabel steuert.
9. 9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieHeizeinrichtungen (13) als Widerstandsheizungen ausgebildet sind.
10. 10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dassdie Düsen (7) aus einem Stahl, insbesondere einem Warmarbeitsstahl, gebildet sind.
11. 11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass die Heizeinrichtungen (13) an den Düsen (7) angelötet sind.
12. 12. Verfahren zum Gießen zumindest eines metallischen Bauteils (2), wobeifließfähiges metallisches Material (3), insbesondere Magnesium odereineMagnesiumlegierung im thixotropen Zustand, zur Bildung des zumindest einen Bauteils(2) von einer Fördereinrichtung (6) über eine Verteilereinheit (8) zu mehreren Düsen (7)geführt und über diese unter Druck in zumindest eine Kavität (4) einer mehrteiligen Form(5) eingespritzt wird, wonach das zumindest eine Bauteil (2) in der Form (5) erstarrengelassen wird, worauf die Form (5) geöffnet und das zumindest eine Bauteil (2)entnommen wird, wonach die Form (5) geschlossen und das nächste Bauteil (2) erstelltwird, dadurch gekennzeichnet, dass das fließfähige metallische Material (3) von einemVerzweigungspunkt (15) der Verteilereinheit (8) umlenkungsfrei zu den Düsen (7) geführtwird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das fließfähigemetallische Material (3) vom Verzweigungspunkt (15) verzweigend entlang geradlinigerAbschnitte (9) der Verteilereinheit (8) zu den Düsen (7) geführt wird.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das fließfähigemetallische Material (3) vom Verzweigungspunkt (15) mit einem Winkel (a) von maximal50°, vorzugsweise maximal 45°, insbesondere 20° bis 40°, abzweigend zu den Düsen (7)geführt wird.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieDüsen (7) bei geöffneter Form (5) beheizt werden, um in den Düsen (7) gebildetePfropfen (14) vor dem Erstellen des nächsten Bauteils (2) zumindest zu erweichen.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach Öffnen derForm (5) und Entnahme des oder der Bauteile (2) eine Heizleistung an den Düsen (7) soeingestellt wird, dass der Pfropfen (14) ohne Eintritt von fließfähigem metallischenMaterial (3) in die zumindest eine Kavität (4) erweicht.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schließen derForm (5) die Heizleistung an den Düsen (7) gesteigert wird, um das nächste Bauteil (2) zuerstellen.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieHeizleistung an den Düsen (7) verringert wird, wenn das Bauteil erstarren gelassen wird,sodass eine Temperatur für eine Pfropfenbildung in den Düsen (7) unterschritten wird. Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erstellung zumindest eines metallischenBauteils durch Einspritzen von fließfähigem metallischem Material in zumindest eineKavität einer mehrteiligen Form, umfassend eine Fördereinrichtung für das fließfähigemetallische Material, zumindest eine der Fördereinrichtung stromabwärts nachgeordneteDüse (7) und die Form mit der zumindest einen Kavität, wobei an die Fördereinrichtungeine Verteilereinheit (8) mit mehreren Düsen (7) anschließt, über welche das fließfähigemetallische Material unter Druck in die zumindest eine Kavität einspritzbar ist, um diezumindest eine oder mehrere Kavitäten gleichzeitig über einzelne Düsen (7) zu befüllen.Um auch bei den vorgesehenen mehreren Düsen (7) eine gut kontrollierbare Befüllungder zumindest einen oder mehreren Kavitäten zu erreichen, sind gemäß der ErfindungKanäle (10) der Verteilereinheit (8) frei von Ecken mit einem rechten Winkel ausgebildet. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Gießen zumindest einesmetallischen Bauteils. Fig.2