Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mischförderer für eine Spritzgießanlage gemäß dem Gegenstand von Anspruch 1, eine entsprechende Spritzgießanlage gemäß dem Gegenstand von Anspruch 7, ein Verfahren zur Herstellung eines Formgegenstands gemäß dem Gegenstand von Anspruch 8 sowie einen Formgegenstand gemäß dem Gegenstand von Anspruch 14.

Für verschiedenste Anwendungen wie beispielsweise in der Luftfahrt oder der Automobilindustrie werden Bauteile regelmäßig aus Aluminium gefertigt, da sich durch die vergleichsweise geringe Dichte von Aluminium vergleichsweise leichte Bauteile realisieren lassen, um so Gewicht einzusparen.

Magnesium weist eine Dichte auf, die in etwa um einen Faktor von 1.55 geringer ist als die Dichte von Aluminium. Somit ist Magnesium prinzipiell für Leichtbauteile ein hochinteressantes Material. Trotz dieser vorteilhaften Eigenschaft der geringen Dichte sind herkömmliche Magnesiumlegierungen noch vergleichsweise unbeachtet zur Fertigung von Bauteilen für Anwendungen wie beispielsweise in der Luftfahrt oder in der Automobilindustrie. Dies ist zum einen der relativ hohen Reaktionsfreudigkeit von Magnesium und der damit einhergehenden vergleichsweise geringen Zündtemperatur geschuldet, da dies natürlich ein erhöhtes und daher häufig unerwünschtes Gefahrenpotential darstellt. Zum anderen weisen Bauteile aus herkömmlichen Magnesiumlegierungen teils nachteilige mechanische Eigenschaften, wie geringere Zugfestigkeiten und geringere Bruchdehnungen auf, als vergleichbare Bauteile aus Aluminium(legierungen).

Im Stand der Technik existieren bereits verschiedene Ansätze, die Zündtemperatur einer Magnesiumlegierung über entsprechende Stoffzusammensetzungen zu erhöhen und so „flammfeste" Magnesiumlegierungen bereitzustellen. Für eine Optimierung von mechanischen Eigenschaften von Magnesiumlegieren besteht jedoch nach wie vor ein hoher Bedarf. Zur Verbesserung mechanischer Eigenschaften einer Magnesiumlegierung schlägt DE 11 2012 001 625 B4 beispielsweise vor, eine Oberfläche von Magnesiumlegierungsspänen mit Kohlenstoffpulver zu beschichten und diese beschichteten Späne zum Spritzgießen zu verwenden. Diese Methode bietet jedoch nur einen begrenzten Kohlenstoffgehalt in der Legierung oder in einem entsprechenden Formgegenstand, da die Späne zum Spritzgießen nur eine endliche Oberfläche bereitstellen und die Aufnahmefähigkeit dieser Oberfläche limitiert ist. Wenn der Kohlenstoffgehalt in der Methode der DE 11 2012 001 625 B4 mehr als 3 Gew.-% beträgt, kann das Kohlenstoffpulver gegebenenfalls verklumpen, was zu Rissbildung führt und folglich eine Variation der Zugfestigkeit eines Formgegenstands verursacht. Der Kohlenstoffgehalt der herkömmlichen Legierung gemäß der DE 11 2012 001 625 B4 beträgt daher bevorzugt 0.5 Gew.-% oder weniger. Zudem ist bei der im Stand der Technik vorgeschlagenen Methode der Kohlenstoffgehalt (oder der Gehalt eines anderen Pulvers), der in die Legierung des Formgegenstands eingebracht werden soll, abhängig von der Form der Späne, da sich - abhängig von der Form der Späne - ein Verhältnis von Oberfläche zu Volumen eines einzelnen Partikels der Späne nicht linear verhält. Somit ist es mit einer derartigen Methode nicht möglich, eine hinreichend genaue Einstellung eines Mischungsverhältnisses einer gewünschten Legierung in Gewichtsprozent (Gew.-%) vorzunehmen, da bei einer Beschichtung die Menge an Kohlenstoff (oder eines anderen einzuarbeiten Pulvers) vom Oberflächen/Volumen-Verhältnis der Späne abhängt. Abgesehen davon haben mit Pulver beschichteten Späne auch den Nachteil, dass es im Zuge eines Transports und/oder einer Lagerung unweigerlich zu einer Entmischung der Späne und des Pulvers kommt, so dass sie sich nicht mehr (oder nur schlecht) verarbeiten lassen (oder erneut gemischt werden müssten, wobei ein Kunde ggf. keine hierfür vorgesehene Vorrichtung besitzt).

Im Lichte der obenstehenden Ausführungen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verfahrens- und/oder anlagentechnische Möglichkeit für eine Herstellung eines (Spritzguss-)Formgegenstands bereitzustellen, die sich durch geringen technischen Aufwand auszeichnet, kostengünstig ist und die mechanischen Eigenschaften eines Formgegenstands verbessert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Formgegenstand bereitzustellen, der die oben genannten Nachteile überwindet und verbesserte mechanische Eigenschaften und eine hohe Zündfestigkeit aufweist. Die Aufgabe wird durch einen Mischförderer für eine Spritzgießanlage mit den Merkmalen von Anspruch 1, einer Spritzgießanlage mit den Merkmalen von Anspruch 7, einem Verfahren zum Herstellen einer Legierung mit den Merkmalen von Anspruch 8 und einer Legierung mit den Merkmalen von Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere gelöst durch einen Mischförderer für eine Spritzgießanlage, insbesondere Thixomolding-Spritzgießanlage, oder dergleichen zur Förderung einer Granulat-Pulver-Mischung, Folgendes aufweisend:

• einen Mischbehälter, der eine erste Zuführung für granuläres Material und eine zweite Zuführung für pulverförmiges Material aufweist; wobei die zweite Zuführung mindestens eine Pulverzuführungsdüse aufweist, die dazu ausgebildet ist, das pulverförmige Material in den Mischbehälter einzudüsen, derart, dass eine strömungsinduzierte Granulat-Pulver- Mischung in dem Mischbehälter erzeugbar ist; sowie

• einen Mischbehälter-Auslass, der insbesondere in der Nähe eines Schmelzbereichs der Spritzgießanlage oder dergleichen anordenbar ist, und dazu ausgebildet ist, die Granulat-Pulver-Mischung auszugeben bzw. der Spritzgießanlage oder dergleichen zur zumindest teilweisen Aufschmelzung zuzuführen.

Ein wichtiger Gedanke der Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit zur verfahrenstechnischen und anlagentechnischen Herstellung eines Formgegenstandes aus einer Legierung bereitzustellen, der eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Dehngrenze aufweist. Mit einem Beschichtungsverfahren von Spänen zum Spritzgießen, wie im Stand der Technik vorgeschlagen, war dies nicht prozessstabil möglich. Entsprechend wird hiermit ein Verfahren sowie ein Mischförderer für Spritzgießanlagen oder dergleichen bereitgestellt, das bzw. der einen höheren Anteil von pulverförmigem Material (z.B. Kohlenstoff oder kohlenstoffbasierte Verbindungen) durch eine „Just in Time Composition"-Strategie erreicht. Hierbei wird das Granulat direkt am Einzug des Spritz- bzw. Dosierzylinders einer Spritzgießanlage oder dergleichen mit dem Pulver vermengt. Eine Beschichtung oder Anhaftung von Pulver an dem Granulat ist hierbei nicht notwendig, beziehungsweise erwünscht. Nur durch die unmittelbare Verarbeitung der Granulat-Pulver-Mischung vor/während dem Aufschmelzen wird eine homogene Verteilung des Pulvers in der Gesamtlegierung erreicht. Die Grenzen der Anhaftung/Beschichtung auf Grund einer limitierten Oberfläche des Granulats spielen auf diese Weise keine Rolle mehr, da es aufgrund der zeitlichen und räumlichen Nähe zum Schmelzbereich zu keiner Entmischung der Granulat-Pulvermischung kommen kann. Als besonders geeignet hat sich die Vermengung durch ein „Verdüsen" des Pulvers entgegen eines Stroms aus Granulat erwiesen. Dadurch bietet die vorliegende Erfindung durch das Eindüsen und das damit einhergehende Vermischen die Möglichkeit einer genauen bzw. exakten Einstellung einer Stoffmenge von in die Legierung einzuarbeitendem pulverförmigen Material (in Gew.%). Dies ist insbesondere auch für größere Granulate vorteilhaft. Darüber hinaus bietet die hier vorgeschlagene „Just in Time Composition"-Strategie - also das Eindüsen des pulverförmigen Materials direkt in den Mischförderer - einen logistischen Vorteil, da durch die Vermischung bei der Verarbeitung keine Nachteile durch Transport oder Lagerung entstehen können (wie bei dem vorab beschichteten Material aus dem Stand der Technik).

Unter einem Granulat bzw. granulärem Material wird im Rahmen dieser Anmeldung ein körniger (metallischer) Feststoff mit einer mittleren Korngröße zwischen 0.5 und ca. 10 mm verstanden. Unter einer mittleren Korngröße wird hier eine durch Siebanalyse bestimmte Größe verstanden, die einem Siebdurchgang von 50% entspricht. Insbesondere kann das granuläre Material mittlere Korngrößen von zwischen 1 und 2 mm oder zwischen 2 und 3 mm oder zwischen 3 und 4 mm oder Mischungen dieser Korngrößen aufweisen. Die Partikel des hier verwendeten Granulats besitzen typischerweise eine im Wesentlichen quaderförmige Form mit einem Längen- zu Breitenverhältnis zwischen 1 und 10, vorzugsweise zwischen 1 und 7, weiter vorzugsweise zwischen 1 und 3.

Unter einem Pulver bzw. pulverförmigem Material wird im Rahmen dieser Anmeldung Material mit einer kleineren Partikelgröße als Granulat verstanden. Insbesondere werden darunter Teilchendurchmesser von weniger als 1000 nm, 500 nm, vorzugsweise von weniger als 250 nm, weiter vorzugsweise von weniger als 100 nm verstanden.

Unter einer Düse bzw. Pulverzuführungsdüse oder dem hiermit verbundenen Vorgang des Eindüsens bzw. Verdüsens wird im Rahmen dieser Anmeldung verstanden, dass das Pulver durch eine kleine Öffnung (Düse) der Pulverzuführungsdüse hindurch mittels Druck in das Innere des Mischbehälters injiziert wird und dabei zerstäubt. Das hierfür verwendete und mit Druck beaufschlagte Gas oder die Gasmischung sorgt für die nötige Strömung und Turbulenz der Atmosphäre für die (strömungsinduzierte) Vermischung des Granulats und des Pulvers in dem Mischbehälter des Mischförderers.

Unter der „Nähe" der Anordnung des Mischbehälter-Auslasses zu dem Schmelzbereich, soll im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere verstanden werden, dass die Wegstrecke, die die Granulat-Pulver-Mischung hier zurücklegen muss, kurzgehalten ist, insbesondere derart, dass die Granulat-Pulver-Mischung diese in einer Zeit von unter 60 Sekunden, vorzugsweise unter 30 Sekunden, zurücklegen kann, so dass es insbesondere zu keiner oder im Wesentlichen keiner Entmischung der Granulat-Pulver-Mischung kommen kann.

Im Rahmen dieser Anmeldung soll ein Mischförderer vorzugsweise für eine Thixomolding-Spritzgießanlage bereitgestellt werden. Grundsätzlich ist der erfindungsgemäße Mischförderer aber auch für andere Spritzgussverfahren, die als Ausgangsmaterial metallisches Granulat (also auch nicht Magnesium basiertes Granulat) verwenden, einsetzbar.

In einer Ausführungsform ist die zweite Zuführung in einem unteren Bereich des Mischbehälters in der Nähe des Mischbehälter-Auslasses angeordnet.

Dadurch muss die Granulat-Pulver-Mischung einen (nur sehr) kurzen bzw. minimalen Weg bis zum Schmelzbereich zurücklegen, so dass es auf Grund der zeitlichen bzw. räumlichen Nähe (von Vermengung der Mischung bis zum Schmelzbereich) zu keiner Entmischung bzw. Verklumpung kommen kann.

In einer Ausführungsform sind die erste Zuführung und die zweite Zuführung derart relativ zueinander ausgerichtet, dass eine Zuführungsströmungslinie L12 für das granuläre Material und eine Zuführungsströmungslinie LK für das pulverförmige Material innerhalb des Mischbehälters unter einem Winkel 0 zueinander verlaufen. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Zuführung bzw. die mindestens eine Pulverzuführungsdüse so ausgerichtet sein, dass eine Zuführungsströmungslinie Ln für das pulverförmige Material tangential zu einem Umfang des Mischbehälters verläuft. Hierdurch wird eine Verwirbelung des granulären Materials durch ein (seitliches) Auftreffen des pulverförmigen Materials auf das Granulat bzw. auf einen Strom aus Granulat ermöglicht. Auf diese Weise vermischt sich das granuläre Material und das pulverförmige Material besonders homogen.

In einer weiteren Ausführungsform sind eine Vielzahl von Pulverzuführungsdüsen gleichmäßig, insbesondere ringförmig, in Umfangsrichtung des Mischbehälters angeordnet und/oder gleichmäßig, insbesondere ringförmig, um eine Zuführungsstromlinie des granulären Materials verteilt angeordnet.

Hierdurch kann zum einen eine Zuführungsrate (Menge pro Zeit) von pulverförmigen Material erhöht werden und zum anderen eine Homogenisierung der Granulat-Pulver-Mischung besonders vorteilhaft erhöht bzw. einer Verklumpung und/oder einer Entmischung entgegengewirkt werden, da das verdüste pulverförmige Material von allen Seiten (beispielsweise von 4 oder von 8 Seiten) auf einen Strom aus dem granulären Material einwirken bzw. aufprallen kann.

In einer Ausführungsform sind Mittel zum Steuern einer Zuführungsgeschwindigkeit des pulverförmigen Materials und/oder des granulären Materials vorgesehen, vorzugsweise wird die Zuführungsgeschwindigkeit durch eine Druckbeaufschlagung oder Spülung mit einem Gas oder einem Gasgemisch ermöglicht.

Durch die Steuerung der Zuführungsgeschwindigkeit kann eine Durchmischung der Granulat-Pulver-Mischung beeinflusst werden. Beispielsweise kann so eine Zuführungsgeschwindigkeit des pulverförmigen Materials je nach Gewicht des granulären Materials angepasst werden, so dass ein ausreichend hoher oder vorteilhaft hoher Aufprall von Pulver auf Granulat im Mischbehälter erfolgt, um eine möglichst homogene (strömungsinduzierte) Durchmischung der Granulat-Pulver- Mischung zu erzielen.

In einer Ausführungsform sind die Mittel zum Steuern einer Zuführungsgeschwindigkeit des pulverförmigen Materials und/oder des granulären Materials dazu ausgebildet, eine steuerbare Relativgeschwindigkeit zwischen 0.5 m/s bis 500 m/s, vorzugsweise 1 m/s bis 200 m/s, vorzugsweise zwischen 10 m/s bis 100 m/s zwischen einem Granulatzuführungsstrom und einem Pulverzuführungsstrom innerhalb des Mischbehälters zu erzeugen. Diese Relativgeschwindigkeiten haben sich als besonders praktikabel erwiesen, so dass sowohl eine hoher Homogenisierungsgrad einer Granulat-Pulver-Mischung erreicht wurde und keine Entmischung bzw. Verklumpung in dem Schmelzbereich auftritt, sodass letztlich eine homogene Schmelze erzielt wird, wobei das pulverförmige Material nicht auf der Schmelze aufschwimmt, sondern homogen in der Schmelze verteilt vorliegt.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine Spritzgießanlage (für (Leicht-)Metall-Legierungen), vorzugsweise Thixomolding-Spritzgießanlage, umfassend einen Mischförderer, wie zuvor beschrieben, wobei der Mischbehälter- Auslass des Mischförderers in der Nähe von einem Schmelzbereich der Spritzgießanlage angeordnet ist und so ausgebildet ist, dass die Granulat-Pulver-Mischung unmittelbar nach Vermengung und/oder zumindest teilweise während des Vermengens aufschmelzbar ist.

Mit der erfindungsgemäßen Spritzgießanlage lassen sich dieselben Vorteile erzielen, wie sie bereits in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Mischförderer beschrieben wurden. Es sei darauf hingewiesen, dass die im Rahmen des erfindungsgemäßen Mischförderers beschriebenen Merkmale auch auf die erfindungsgemäße Spritzgießanlage zutreffen. Merkmale des Mischförderers, insbesondere die Mittel zum Einstellen der Zuführungsgeschwindigkeit(en) von pulverförmigen und/oder granulärem Material, sind auf die erfindungsgemäße Spritzgießanlage übertragbar, die diese Merkmale alternativ aufweisen kann.

Dabei ist die Spritzgießanlage vorzugsweise ausgebildet, die Granulat-Pulver-Mischung strömungsinduziert (also induziert durch die Pulverzuführungsdüsen des Mischbehälters) und (anschließend und/oder gleichzeitig) durch eine Bewegung der Schnecke der Spritzgießanlage zu vermengen, insbesondere derart, dass die Granulat-Pulver-Mischung ständig (bis zum Schmelzbereich) in Bewegung ist/bleibt. Durch die Nähe des Ortes der Vermischung von pulverförmigen und granulärem Material bzw. des Mischbehälter-Auslasses und dem Schmelzbereich der Spritzgießanlage kommt es so zu keiner Entmischung bzw. Verklumpung der Granulat-Pulver-Mischung in dem Schmelzbereich. Auf diese Weise kann die Granulat-Pulver-Mischung (je nach Zuführungsgeschwindigkeiten) in einem bewegten Zustand (zumindest teilweise) geschmolzen werden, so dass eine homogene Schmelze erzielt wird, und das pulverförmige Material nicht auf der Schmelze aufschwimmt, sondern homogen in der Schmelze verteilt vorliegt. Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Formgegenstands vorzugsweise mittels Thixomolding, folgende Schritte umfassend: a) Zuführen von mindestens einem ersten granulären Material, umfassend Magnesium und/oder Aluminium oder eine Legierung daraus, in einen Mischbehälter einer Spritzgießanlage, insbesondere wie vorab beschrieben; b) Eindüsen von pulverförmigen Material in den Mischbehälter oder in mindestens einen Teilbereich des Mischbehälters zur Vermengung des pulverförmigen Materials mit dem mindestens einen ersten granulären Material zu einer Granulat-Pulver-Mischung; c) zumindest teilweises Aufschmelzen der Granulat-Pulver-Mischung in einem Schmelzbereich; d) Spritzgießen des Formgegenstands aus der zumindest teilweise aufgeschmolzenen Granulat-Pulver-Mischung.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich dieselben Vorteile erzielen, wie sie bereits in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Mischförderer oder der erfindungsgemäßen Spritzgießanlage beschrieben wurden. Es sei zudem darauf hingewiesen, dass die im Rahmen des erfindungsgemäßen Mischförderers beschriebenen Merkmale auch auf das erfindungsgemäße Verfahren zutreffen. Merkmale des Mischförderers sind auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragbar. Ebenso sind Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den erfindungsgemäßen Mischförderer oder auf die erfindungsgemäße Spritzgießanlage übertragbar, indem der Mischförderer oder die Spritzgießanlage derart konfiguriert wird, dass sie zur Ausführung der entsprechenden Verfahrensmerkmale geeignet ist. Ein wichtiger Punkt der vorliegenden Erfindung ist es zudem, einen Formgegenstand durch dieses Herstellungsverfahren bereitzustellen.

In einer Ausführungsform des Verfahrens folgt Schritt c) unmittelbar auf Schritt b). Alternativ oder zusätzlich erfolgt Schritt c) und Schritt b) für entsprechende Teilmengen der Granulat-Pulver-Mischung (im Wesentlichen) gleichzeitig. Vorzugsweise gelangt die Granulat-Pulver-Mischung gemäß einer Ausführungsform in einem (ständig) bewegten Zustand in den Schmelzbereich und wird dort zumindest teilweise aufgeschmolzen. Durch das unmittelbare Aufeinanderfolgen bzw. durch eine Gleichzeitigkeit einer strömungsinduzierten Bewegung (bzw. Vermengung) der Granulat-Pulver-Mischung und einer Bewegung (bzw. Vermengung) der Granulat-Pulver-Mischung durch die Schnecke kommt es zu keiner Entmischung bzw. Verklumpung der Granulat-Pulver-Mischung in dem Schmelzbereich, da die Granulat-Pulver-Mischung (direkt) in einem bewegten Zustand (zumindest teilweise) aufgeschmolzen wird. Auf diese Weise wird eine besonders homogene Schmelze erreicht.

In einer Ausführungsform beträgt eine relative Zuführungsgeschwindigkeit zwischen dem granulären Material und dem pulverförmigen Material zwischen 0.5 m/s und 500 m/s, vorzugsweise zwischen 1 m/s und 200 m/s, weiter vorzugsweise zwischen 10 m/s und 100 m/s.

Diese Relativgeschwindigkeiten haben sich als besonders praktikabel erwiesen, so dass sowohl ein hoher Homogenisierungsgrad einer Granulat-Pulver-Mischung erreicht wurde als auch dafür, dass keine Entmischung bzw. Verklumpung in dem Schmelzbereich auftritt, so dass eine homogene Schmelze erzielt wird, und das Kohlenstoffpulver nicht auf der Schmelze aufschwimmt, sondern homogen in der Schmelze verteilt vorliegt. Je nach Gewicht und/oder Dichte von Granulat und/oder Pulver können etwas abweichende Relativgeschwindigkeiten von Vorteil sein. In der Regel ist eine Relativgeschwindigkeit von unter 50 m/s vorteilhaft.

In einer Ausführungsform erfolgt das Eindüsen des pulverförmigen Materials entgegen eines Stroms des granulären Materials und/oder unter einem Winkel 0 zu dem Strom des granulären Materials.

Hierdurch wird eine Verwirbelung des granulären Materials durch ein (seitliches) Auftreffen des pulverförmigen Materials auf das Granulat bzw. auf einen Strom aus Granulat ermöglicht. Zudem trifft der Pulverstrom auf diese Weise von unten gerichtet dem Granulatstrom entgegen. Auf diese Weise vermischt sich das granuläre Material und das pulverförmige Material besonders homogen.

In einer Ausführungsform umfasst das pulverförmige Material Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen. Der Kohlenstoff kann dabei pulverförmig als (nicht abschließend) reiner Kohlenstoff, CNT, Graphen, Graphit, oder Mischungen hieraus vorliegen. Eine Kohlenstoffverbindung kann dabei pulverförmig als (nicht abschließend) C2CI6, Karbiden wie AI4C3, SiC, TiC, oder Mischungen hiervon vorliegen.

In alternativen Ausführungsformen kann das pulverförmige Material (beispielsweise zusätzlich oder anstelle zu Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen) auch Boride (wie z.B. TiBz, NbBz) umfassen. Es konnte gezeigt werden, dass diese Materialien (ebenso wie Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen) kornfeinend wirken und die Materialeigenschaften der Legierung verbessern.

Die Verwendung von Kohlenstoff(pulver) oder anderen pulverförmigen Kohlenstoffverbindungen (und/oder Boriden) verbessert die mechanischen Eigenschaften des Formgegenstands aus der (Magnesium-)Legierung. Die Partikel des Pulvers verteilen sich homogen in der Schmelze und sind dann Ausgangspunkt für die Kristallisation bzw. Erstarrung der Legierung. Auf Grund der vielen Keime (Partikel) wird auf diese Weise ein besonders feines Korn erreicht bzw. ergibt sich durch die Zugabe der Partikel eine verringerte Porosität im Bauteil, was durch Versuche nachgewiesen werden konnte. Dadurch lässt sich insbesondere eine hohe Dehngrenze und/oder eine hohe Bruchdehnung des Formgegenstands erreichen.

In einer Ausführungsform erfolgt das Eindüsen des pulverförmigen Materials unter Verwendung von Druckbeaufschlagung eines Gases, vorzugsweise Argon, oder Gasgemischen.

Durch die gerichtete Gas-Strömung kann die Granulat-Pulver-Mischung homogenisiert werden. Zudem kann durch das Gas ((Druck-)Luft, Argon, oder ähnliches) 0- der die Gasmischung (z.B. Luft und Argon) auch ggf. eine Oxidation der Schmelze vermieden oder zumindest reduziert werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch einen Formgegenstand aus einer Legierung, der durch ein Verfahren, wie vorab beschrieben, hergestellt wird, wobei der (Spritzguss-)Formgegenstand aus Folgendem besteht:

• 0.1 Gew.-% bis 5.0 Gew.-% Kohlenstoff (C), vorzugsweise 0.2 Gew.-% bis 4.0 Gew.-% Kohlenstoff (C), weiter vorzugsweise 0.5 Gew.-% bis 3.5 Gew.-% Kohlenstoff (C);

• 1.0 Gew.-% bis 10 Gew.-% Aluminium (AI); • 0.1 Gew.-% bis 2.0 Gew.-% Kalzium (Ca);

• 0.05 Gew.-% bis 2.0 Gew.-% Yttrium (Y);

• optional mehr als 0.0 Gew.-% bis 6.0 Gew.-% Zink (Zn);

• optional mehr als 0.0 Gew.-% bis 1.0 Gew.-% Mangan (Mn); und einem Ausgleich an Magnesium (Mg) sowie einem Rest an unvermeidbaren Verunreinigungen.

Ein wichtiger Punkt der vorliegenden Erfindung ist es, den Formgegenstand durch ein Herstellungsverfahren, wie vorab beschrieben, bereitzustellen. Dabei können die (einzelnen) Legierungsbestandteile (außer der Kohlenstoffanteil) in einer Art oder unterschiedlichen Arten von granulärem Material bereitgestellt werden. Der Zusatz von Kohlenstoff (und/oder anderem kornfeinenden pulverförmigen Material) erfolgt durch pulverförmiges Material, wie vorab beschrieben. Die Verwendung von Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen (und/oder anderem kornfeinenden pulverförmigen Material) verbessert die mechanischen Eigenschaften des Formgegenstands. Die Partikel des (kornfeinenden) Pulvers verteilen sich homogen in der Schmelze und sind dann Ausgangspunkt für die Kristallisation bzw. Erstarrung der Legierung. Auf Grund der vielen Keime (Partikel) wird auf diese Weise ein besonders feines Korn erreicht bzw. ergibt sich durch die Zugabe der Partikel eine verringerte Porosität im Bauteil, was durch Versuche nachgewiesen werden konnte. Darüber hinaus werden die mechanischen Eigenschaften des Formgegenstands aus der (Magnesium-)Legierung verbessert, wobei dies durch eine Reduktion der Porosität (Gießfehler) im Material sowie durch eine Kornfeinung erreicht werden kann. Alternativ oder zusätzlich (zu Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen) können auch andere pulverförmige Materialien. Je nach Zusammensetzung des granulären Materials können so die Eigenschaften des Formgegenstands optimiert werden. Der Kohlenstoff kann dabei pulverförmig als (nicht abschließend) reiner Kohlenstoff, CNT, Graphen, Graphit, oder Mischungen hieraus vorliegen. Eine Kohlenstoffverbindung kann dabei pulverförmig als (nicht abschließend) C2CI6, Karbiden wie AI4C3, SiC, TiC, oder Mischungen hiervon vorliegen. Alternativ oder zusätzlich kann das pulverförmige Material auch Boride (wie z.B. TiBz, NbB2) umfassen. Es konnte gezeigt werden, dass diese Materialien (ebenso wie Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen) kornfeinend wirken und die Materialeigenschaften der Legierung verbessern.

Darüber hinaus können sich auf diese Weise Aluminiumcarbide bilden, durch die Kombination von Kohlenstoffpartikeln und Aluminium, die zu einer Kornfeinung der Legierung führen. Dadurch lässt sich insbesondere eine hohe Dehngrenze und/oder eine hohe Bruchdehnung des Formgegenstands erreichen.

Durch das Hinzufügen von ca. 1 Gew.-% Kalzium (Ca) die Zündtemperatur der Magnesiumlegierung jeweils um ca. 200 °C erhöht, sodass auch die Brandbeständigkeit hierdurch optimiert wird.

Durch die oben genannte Stoffzusammensetzung wurde ein Formgegenstand bestehend aus einer Magnesiumlegierung erzielt, der zum einen eine hohe Brandbeständigkeit aufweist und zum anderen eine hohe mechanische Belastbarkeit auf Grund des Kohlenstoffgehalts aufweist. Dieser Formgegenstand eignet sich daher besonders für Leichtbauteile im Luftfahrtbereich oder der Automobilindustrie, beispielsweise Batteriegehäuse oder in anderen Gebieten, in denen Gewichtreduzierung oder -einsparung von Vorteil ist.

In einer Ausführungsform weist die Legierung eine Dehngrenze (Rp0.2) von mindestens 110 MPa, vorzugsweise mindestens 180 MPa, weiter vorzugsweise mindestens 200 MPa und/oder durch eine Bruchdehnung von mindestens 3 %, vorzugsweise mindestens 6%, weiter vorzugsweise mindestens 8 % auf. Hier wurden die Parameter mittels Zugversuch an Zugproben bestimmt (DIN6892-1). Die Bruchdehnung gibt hier die Verlängerung von Zugproben nach einem Bruch, bezogen auf die Anfangslänge, an.

Durch die vergleichsweise hohe Dehngrenze sowie die vergleichsweise hohe Bruchdehnung lässt sich ein Formgegenstand mit diesen Eigenschaften an vielen Stellen einsetzen, die hohe mechanische Stabilität bei vergleichsweise geringem Gewicht erfordern.

Nachfolgend wird die Erfindung auch hinsichtlich weiterer Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beschrieben, die anhand der Figuren näher erläutert werden. Die beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, wie nachfolgend in den Figuren der Zeichnung gezeigt und anhand der Zeichnung beschrieben, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung anwendbar, ohne dass damit der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Hierbei zeigt: Fig. 1A eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mischförderers sowie einer entsprechender Spritzgießanlage (nur teilweise gezeigt);

Fig. 1B eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der relativen Anordnung einer Zuführungsströmungslinie L12 für granuläres Material und einer Zuführungsströmungslinie LK für pulverförmiges Material innerhalb des Mischbehälters (aus dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1A) unter einem Winkel 0;

Fig. 2A eine schematische Aufsicht auf einen Mischbehälter gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel mit vier Pulverzuführungsdüsen;

Fig. 2B eine schematische Aufsicht auf einen Mischbehälter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer tangentialen Ausrichtung der vier Pulverzuführungsdüsen;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Spritzgießanlage mit einer Schließeinheit und zwei geöffneten Hälften der Gussformen.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Gleichartige Elemente sind in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1A ist ein Ausführungsbeispiel eines Mischförderer dargestellt, der auf einer Spritzgießanlage 50 angeordnet ist. Die Spritzgießanlage 50 kann in einem Ausführungsbeispiel als eine Thixomolding-Spritzgießanlage ausgebildet sein.

Der Mischförderer weist einen Mischbehälter 10 auf, der in einem oberen Bereich im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und sich in einem unteren Bereich trichterartig zu einem Einlassbereich der Spritzgießanlage 50 hin verjüngt. Die Geometrie des Mischbehälters 10 ist jedoch nicht auf eine im Wesentlichen zylindrische Form beschränkt und kann in alternativen Ausführungsbeispielen hiervon abweichen.

In dem oberen Bereich des Mischbehälters 10 ist eine erste Zuführung 11 für granuläres Material 12 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel umfasst das granuläre Material 12 Magnesium Granulate 12 und/oder Aluminium Granulate 12 und/oder Granulate 12, die (weitere) Legierungselemente, wie beispielsweise eines oder mehrere aus Aluminium, Kalzium, Yttrium, Zink und Mangan umfassen.

Das granuläre Material 12, das über die erste Zuführung 11 zuführbar ist, kann über (nicht dargestellte) Leitungen aus einem (nicht dargestellten) Reservoir zugeführt werden - beispielsweise durch Ansaugen oder durch Beaufschlagung des granulären Materials 14 mit Druck oder (rein) schwerkraftbedingt. Für einen Druckausgleich weist der Mischförderer einen Luft-/Gas-Auslass 16 sowie einen Filter 17 auf.

Alternativ kann die erste Zuführung 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Zuführungsschnecke (nicht dargestellt) zur Förderung des granulären Materials in den Mischbehälter 10 umfassen.

In dem unteren Bereich des Mischbehälters 10 ist eine zweite Zuführung 13 für pulverförmiges Material 14 angeordnet. Die zweite Zuführung 13 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1A als eine Pulverzuführungsdüse 13a ausgebildet, um das pulverförmige Material 14 in das Innere des Mischbehälter 10 einzudüsen. Auf diese Weise ist eine bewegte bzw. verwirbelte Granulat-Pulver-Mischung aus dem granulären Material 12 und dem pulverförmigen Material 14 in dem Mischbehälter 10 erzeugbar. In einem Ausführungsbeispiel umfasst das pulverförmige Material 14 Kohlenstoffpulver.

An einem unteren Ende des unteren Bereichs des Mischbehälters 10 weist der Mischbehälter 10 einen Mischbehälter-Auslass 15 auf, der in der Nähe eines Schmelzbereichs 51 der Spritzgießanlage 50 angeordnet ist. Der Mischbehälter- Auslass 15 ist dabei derart angeordnet und ausgelegt, um die bewegte Granulat- Pulver-Mischung dem Schmelzbereich 51 der Spritzgießanlage 50 zur (zumindest teilweisen) Aufschmelzung zuzuführen. Die verwirbelte bzw. bewegte Granulat- Pulver-Mischung tritt hierfür vorzugsweise durch den Mischbehälter-Auslass 15 auf die bewegte Schnecke 52 der Spritzgießanlage 50 und bleibt so ständig in Bewegung bis zur (zumindest teilweisen) Aufschmelzung am Ort des Schmelzbereichs 51. In dem in Fig. 1A gezeigten Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, dass das Eindüsen des pulverförmigen Materials 14, auf Grund der Anordnung bzw. Ausrichtung der Pulverzuführungsdüse 13a, unter einem Winkel zu einem Strom des granulären Materials 12 erfolgt. Dies ist in Fig. 1B zur Verdeutlichung zusätzlich schematisch dargestellt. Die erste Zuführung 11 und die zweite Zuführung 13 sind derart relativ zueinander ausgerichtet, dass eine Zuführungsströmungslinie L12 des granuläre Materials 12 (also ein Weg, den das granuläre Material 12 innerhalb des Mischbehälters 10 zurücklegt) und eine Zuführungsströmungslinie LH des pulverförmigen Materials 14 (also ein Weg, den das pulverförmige Material 12 innerhalb des Mischbehälters 10 zurücklegt) innerhalb des Mischbehälters 10 unter einem Winkel 0 zueinander verlaufen. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel 0 zwischen Pulver- und Granulatstrom in etwa 120°. In alternativen Ausführungsbeispielen kann der Winkel 0 zwischen 100° und 140° betragen.

Hierdurch wird innerhalb des Mischbehälters 10 eine Verwirbelung des granulären Materials 12 durch ein (seitliches) gerichtetes Auftreffen des pulverförmige Materials 14 auf das granuläre Material 14 (leicht von unten) ermöglicht. Auf diese Weise vermischt sich das granuläre Material und das pulverförmige Material besonders homogen zu einer Granulat-Pulver-Mischung innerhalb des Mischbehälters 10 und letztlich im Schmelzbereich 51.

Zur Steuerung einer (jeweiligen) Zuführungsgeschwindigkeit des granulären Materials 12 und/oder des pulverförmigen Materials 14 kann der Mischförderer oder die Spritzgießanlage 50 entsprechende (in Fig. 1A nicht gezeigte) Mittel zum Steuern einer Zuführungsgeschwindigkeit des Granulats und/oder des Pulvers aufweisen. Dies kann beispielsweise durch eine Druckbeaufschlagung des entsprechenden Materials mit einem Gas oder einer Gasmischung ermöglicht werden. Die Beschleunigung des pulverförmigen Materials 14 wird dabei vorzugsweise mit Druckluft erreicht werden, wobei über verschiedene Drücke eine (Aufprall-)Ge- schwindigkeit (auf das Granulat) eingestellt werden kann. Auch als besonders günstig hat sich auch die Verwendung von Gasen und Gas-Gemischen wie z.B. Argon erwiesen, womit eine besonders homogene Durchmischung erreicht werden kann und ggf. eine Oxidation der Schmelze vermieden oder zumindest reduziert werden. Darüber hinaus kann durch die Verwendung entsprechender Gase oder Gasgemische auch ein Abbrennen der Kohlenstoffpartikel reduziert oder vermieden werden. Eine Relativgeschwindigkeit von unterhalb von 350 m/s zwischen einem Granulatzuführungsstrom und einem Pulverzuführungsstrom innerhalb des Mischbehälters 10 hat sich dabei in Versuchen als besonders vorteilhaft in Bezug auf eine Homogenität (am Ort des Schmelzbereichs 51) der Granulat-Pulver-Mischung herausgestellt. Besonders bevorzugt wird eine Relativgeschwindigkeit zwischen 10 m/s bis 100 m/s. Die Relativgeschwindigkeit kann jedoch je nach Partikel- bzw. Korngewicht des Granulats 12 und/oder des pulverförmigen Materials 14 variieren.

In Ausführungsbeispielen kann das granuläre Material 12 und/oder das pulverförmige Material 14 mit hierfür vorgesehenen (nicht dargestellten) Mitteln (vor-)ge- trocknet werden.

Fig. 2A zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Mischbehälter 10 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel mit vier Pulverzuführungsdüsen 13a mit einer radialen Ausrichtung (bezogen auf den Mischbehälter). Die Pulverzuführungsdüsen 13a sind dabei ringförmig um den Mischbehälter 10 bzw. um eine Zuführungsstromlinie Li2 (hier in die Zeichenebne hinein; vgl. auch Fig. 1B) des granulären Materials 12 verteilt angeordnet. Die vier Pulverzuführungsdüsen sind dabei gleichmäßig in 90° Winkelabständen angeordnet. In weiteren alternativen Ausführungsbeispielen können auch sechs Pulverzuführungsdüsen 13a in 60° Winkelabständen oder acht Pulverzuführungsdüsen 13a in 45° Winkelabständen angeordnet sein. Dadurch kann die Durchmischung von granulärem Material 12 und pulverförmigem Material 14 in dem Mischbehälter 10 besonders gleichmäßig (von allen Seiten) erfolgen. Im Falle von mehreren Pulverzuführungsdüsen 13a können jeweils unterschiedliche oder gleiche Winkel 0 (vgl. Fig. 1B) pro Pulverzuführungsdüse 13a realisiert werden.

Fig. 2B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 2A ist, jedoch mit dem Unterschied, dass die vier Pulverzuführungsdüsen 13a eine tangentiale Ausrichtung gegenüber einer Umfangswandung des Mischbehälters 10 aufweisen. Auf diese Weise wirkt der Pulverstrom auch tangential auf den Granulatstrom ein. Auf diese Weise kann die Vermischung der Granulat-Pulver-Mischung durch die strömungsinduzierte Verwirbelung weiter optimiert werden. Der Winkel 0 (vgl. Fig. 1B) kann in diesem Ausführungsbeispiel auch im Wesentlichen 0° betragen. Alternativ kann der Winkel 0 auch bei tangentialer Ausrichtung der Pulverzuführungsdüsen 13a einen Wert größer als 0° betragen. Auch im Falle der tangentialen Ausrichtung der Pulverzuführungsdüsen 13a ist die Zahl der Pulverzuführungsdüsen 13a nicht auf vier beschränkt. In alternativen Ausführungsbeispielen kann der Mischbehälter 10 (auch nur) eine (oder zwei oder drei) oder eine Vielzahl von Pulverzuführungsdüse(n) 13a aufweisen.

In einem weiteren (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel kann der Mischbehälter 10 eine Strömungsleiteinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Vermengung der Pulver-Granulat-Mischung weiter zu optimieren. Dabei können beispielsweise Rippen an einer Mischbehälterinnenwand angeordnet sein, die eine Bewegung des granulären Materials 12 und/oder pulverförmigen Materials 14 beeinflussen, um eine Vermengung zu optimieren.

In einem weiteren (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsbeispiel kann der Mischbehälter 10 ein Gehäuse aufweisen, das einen helixförmigen Gang von der erste Zuführung 11 für granuläres Material 12 zu einem Einlass der Spritzgießanlage definiert. Vorzugsweise können dann mehrere Pulverzuführungsdüsen entlang des helixförmigen Gangs angeordnet sein, um pulverförmiges Material, wie vorab beschrieben, einzudüsen. Auf diese Weise kann ggf. (je nach eingesetztem Granulat) eine Vermengung (weiter) optimiert werden.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Spritzgießanlage 50 mit einem Mischförderer wie vorab in Zusammenhang mit Fig. 1A beschrieben.

Der Mischbehälter 10 bzw. der Mischbehälter-Auslass 15 des Mischförderers ist in der Nähe des Schmelzbereichs 51 der Spritzgießanlage 50 angeordnet, so dass die Granulat-Pulver-Mischung dem Schmelzbereich 51 unmittelbar nach/während der Vermischung dem Schmelzbereich 51 zuführbar ist.

Durch einen beheizten Extruder 52, wird die (zumindest teilweise) geschmolzene Granulat-Pulver-Mischung mittels einer Drehbewegung einer Extruderschnecke gefördert und geschert. Dabei wird die Schmelze weiter erwärmt und ggf. vollständig aufgeschmolzen. Durch eine entsprechende Drehbewegung kann ein Wärmeübergang durch Konvektion erhöht werden, um ein Aufschmelzen zu beschleunigen. Die Formung des Formgegenstands erfolgt durch eine axiale Bewegung der Schnecke, die die Schmelze in eine (geöffnet dargestellte) Schließeinheit 53 presst. Die Schließeinheit 53 ist dazu ausgebildet, zwei Hälften der Gussform der Spritzgießanlage 50 zu bewegen. In einem Ausführungsbeispiel besteht der mit der Spritzgießanlage 50 gegossene Formgegenstand aus einer Legierung, die aus Folgendem besteht:

• 0.1 Gew.-% bis 5.0 Gew.-% Kohlenstoff (C), vorzugsweise 0.2 Gew.-% bis 4.0 Gew.-% Kohlenstoff (C), weiter vorzugsweise 0.5 Gew.-% bis 3.5 Gew.-% Kohlenstoff (C);

• 1.0 Gew.-% bis 10 Gew.-% Aluminium (AI);

• 0.1 Gew.-% bis 2.0 Gew.-% Kalzium (Ca);

• 0.05 Gew.-% bis 2.0 Gew.-% Yttrium (Y);

• optional mehr als 0.0 Gew.-% bis 6.0 Gew.-% Zink (Zn);

• optional mehr als 0.0 Gew.-% bis 1.0 Gew.-% Mangan (Mn); und einem Ausgleich an Magnesium (Mg) sowie einem Rest an unvermeidbaren Verunreinigungen.

Dabei wurde der der Kohlenstoffanteil (C) dem Mischbehälter 10 als pulverförmiges Material 14 durch die mindestens eine Pulverzuführungsdüse zugeführt.

Die übrigen Legierungsbestandteile wurden dabei (jeweils) durch eine oder mehrere Sorten von granulärem Material 12 durch die erste Zuführung 11 in den Mischbehälter 10 eingebracht. Dabei kann das granuläre Material 12 eine Granulatmischung umfassen, die unterschiedliche Granulatpartikel aus unterschiedlichen Stoffen oder Stoffzusammensetzungen aufweist. Beispielsweise kann ein (oder mehrere) Stoffanteil(e) der Legierung des Formgegenstands jeweils durch ein erstes Granulat zugesetzt werden und die übrigen Bestandteile der Legierung durch ein zweites (und/oder ein weiteres) Granulat.

Bezuaszeichenliste

10 Mischbehälter des Mischförderers

11 erste Zuführung

12 granuläres Material (Granulat)

13 zweite Zuführung

13a Pulverzuführungsdüse

14 pulverförmiges Material (Pulver)

15 Mischbehälter-Auslass

16 Luft-/Gas-Auslass

17 Filter

50 Spritzgießanlage 51 Schmelzbereich

52 Extruder mit Extruderschnecke bzw. Spritzeinheit (Schnecke ist axaial beweglich)

53 Schließeinheit mit Gussformhälften

Li2 Zuführungsströmungslinie des Granulats

Li4 Zuführungsströmungslinie des Pulvers

6 Winkel zwischen L12 und LH