Zum Herstellen von Formteilen können neben Schmiede- und anderen Umformtechniken auch Gießtechniken verwendet werden. Letztere kommen dann in Frage, wenn sehr kompli¬ zierte, gegebenenfalls abschnittsweise dünnwandige Teile produziert werden müssen, die durch Schmieden nicht her¬ stellbar sind. Beim Schmieden verhält sich das Material zähflüssig, weshalb im Hinblick auf vernünftige Drücke gewisse Mindestquerschnitte nicht unterschritten werden dürfen.

Beim Gießen dagegen ist das Material vergleichsweise sehr dünnflüssig. Das dünnflüssige Material kann durch enge Spalten in der Gravur der Gießform hindurchfließen und komplizierte Räume ohne weiteres ausfüllen.

Beim sogenannten "Sand- oder Kokillenguß" fließt das flüssige Material aufgrund der Schwerkraft aus einem Eingußtrichter in die Form ein. Eine Erstarrung darf erst einsetzen, wenn die Form vollständig gefüllt ist. Entspre¬ chend groß sind die Taktzeiten und es können nur solche Formen hergestellt werden, die nicht die Gefahr einer vorzeitigen abschnittsweise Abkühlung in sich bergen. Die

erkalteten Stellen hätten Gußfehler zur Folge.

Die Taktzeiten lassen sich erhöhen, wenn wie beim Druckguß diese Randbedingungen nicht eingehalten werden müssen.

Die Anordnung zum Druckgießen besteht aus einer teilbaren Gießform, deren Formhälften die Formgravuren enthalten. An der Gießform ist eine Gießgarnitur ange¬ schlossen, zu der ein fächerförmiger Gießlauf gehört, der sich in Richtung auf die Formgravur verbreitert und seinen kleinsten Querschnitt bei der Gießkammer hat, die das flüssige Metall aufnimmt. Beim Gießvorgang wird das in der Gießkammer enthaltene flüssige Metall mit Hilfe eines darin beweglichen Kolbens durch den Gießlauf hindurch in die Formgravur eingeschossen. Die Fließgeschwindigkeiten beim Druckgruß liegen bei 40 m/sec und können bis zu 60 m/sec erreichen. Diese hohen Fließgeschwindigkeiten führen zu einer turbulenten Strömung im Strahl und zum Aufreißen des Metallstrahls im Gießlauf und der Gravur. Hierdurch wird, wie bei einem Luftsprudlern an einem Wasserhahn, die in der Gießform und dem Gießlauf enthaltene Luft in das dünnflüssige Metall eingemischt. Nach dem Erkalten bilden die Lufteinschlüsse im fertigen Gußteil winzige Hohlräume, die die Festigkeit nachteilig beeinflussen.

Damit das flüssige Metall aus der Preßkammer nicht unkontrolliert ausfließen kann, muß die Gießkammer unter der Druckgießform angeordnet sein. Die Gravur füllt sich auf Grund der Anornung und der hohen Fließgeschwindigkeit von dem Ende der Gravur her, das von dem Gießlauf bzw. der Gießkammer am weitesten entfernt liegt; die Gravur füllt sich sozusagen entgegen der Einflußrichtung des Materials.

Obwohl sich vom Prinzip her mit der Druckgießtechnik sehr dünnwandige Teile erzeugen lassen, genügen jedoch die so hergestellten Teile keineswegs den Anforderungen, wie sie beispielsweise an Karroserieteile von Kraftfahrzeugen

gestellt werden. Das Druckgußbauteil ereicht nicht aus¬ reichend sicher die notwendigen Dehnungs- und Festigkeits¬ werte, was zum einen auf das zu verwendende Material und zum anderen auf die bei der Druckgießtechnik unvermeidli¬ chen Lufteinschlüsse zurückzuführen ist.

Es wurde deswegen bereits auch versucht, die Druck¬ gießform vor dem Einspritzen des Metalls zu evakukieren, um die Blasen im Werkstück zu vermeiden. Der apparative Aufwand hierfür ist enorm hoch.

Ein weiterer Nachteil, der der Druckgießtechnik an¬ haftet, ist der Umstand, daß das Metall nur in vollständig flüssiger Form gehandhabt werden muß. Dies setzt voraus, entweder am Ort der Verwendung das feste Material voll¬ ständig aufzuschmelzen oder es in Form einer flüssigen Schmelze vom Produktionsort, beispielsweise dem Alumeni- umwerk, zu der Gießerei zu schaffen.

Wesentlich günstiger insofern ist das sogenannte "Thixoforming" . Beim Thixoforming wird eine Legierung ver¬ wendet, die bei einem vom verwendeten Material abhängigen Temperaturbereich eine Zwischenstellung zwischen fest und flüssig einnimmt. Es wird in der Fachwelt angenommen, daß das Material bei dieser Temperatur ein noch festes, jedoch verformbares Gefüge mit darin eingebetteten flüssigen Anteilen aufweist. Etwa 50% bis 60% des Materials sind beim Thixoforming flüssig, während der Rest 20% noch im festen Aggregatszustand ist.

Beim Thixoforming wird ein auf die Thixoforming- Temperatur erwärmter Bolzen, dessen Volumen dem fertigen Werkstück plus Überlauf entspricht, in eine Preßkammer eingelegt. Das thixotrope Material wird mit Hilfe eines Gießkolbens in die Form eingepresst . Da das Thixoforming- material von sich aus nicht fließfähig ist, spielt die Lage der Gießkammer keine Rolle. Das Material kann von allein nicht aus der Gießkammer auslaufen.

Zur Herstellung von länglichen, angenähert stangen- förmigen Teilen, hat sich Thixoforming bereits recht gut bewährt. Die beim Druckgießen auftretenden Lufteinschlüsse werden vollständig vermieden, denn der Materialfluß ist so zähflüssig, daß die Luft, die sich in der Form befindet, von dem Material verdrängt wird, ohne in das Material eindringen zu können. Die Temperaturen beim Thixoforming sind vergleichsweise niedriger, was eine Energieverminde¬ rung bedeutet und außerdem werden die Gießkammern mit qusi festen Bolzen gefüllt, die gefahrlos handhabbar sind. Thixoforming erfordert keinen gefahrvollen Transport heißer Schmelze per LKW über die Straße zum Verwendungs- ort.

Es wurde deswegen versucht, das Thixoforming auch auf flächige dünnwandige Teile zu übertragen, indem dazu die aus der Druckgießtechnik üblichen Gießgarnituren verwendet werden. Der gewünschte Erfolg hat sich jedoch nicht einge¬ stellt.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Thixoforming zu schaffen, mit der es mög¬ lich ist, auch flächige Teile herzustellen.

Es wurde durch den Erfinder erkannt, daß zum Thixofo¬ rming geeignetes Material beim seinem Fließen durch den Gießlauf einer Druckgießform anscheinend spontan und zufällig partiell zum Stocken gerät. Das nachschiebende Material vermag einen solchen zum Stocken geratenen Ab¬ schnitt nicht wieder zu verflüssigen und ist gezwungen, um diese Stelle herumzufließen, wobei im Schatten dieser steckengebliebenen Materialbereiche Hohlräume oder un¬ vorhergesehene Fließrichtu. gen des Materials auftreten. Beides hat einen nachteiligen Einfluß auf das Füllen der Gravur. Das partielle Erstarren des Materialflusses wird durch die fächerförmgie Gestalt des Gießlaufs beim Druck¬ gießen begünstigt. Der Gießlauf beim Druckgießen erweitert sich ausgehend von der Gießkammer zum Anschnitt hin und

dementsprechend vermindert sich die Fließgeschwindigkeit. Eine zu niedrige Fließgeschwindigkeit kann zu einer spon¬ tanen Erstarrung führen.

Die Verwendung von wenigstens zwei Gießläufen ge¬ stattet es, bei flächigen Teilen solch eine spontane Erstarrung zu vermeiden. Dabei sind die Gießläufe in ihrer Gestalt so gewählt, daß jedes einen Materialstrom erzeugt, dessen Materialstromfront für sich oder zusammen mit einem anderen Materialstrom den Querschnitt der Formgravur am jeweiligen Ort der Materialstromfront im wesentlichen vollständig ausfüllt.

Diese Ströme können entweder aufeinander zu fließen, wobei an der Stoßstelle ein Verschweißen auftritt oder sie können im Gleichlauf durch die Form hindurchfließen, wenn eine entsprechend große Breite zu überdecken ist. Schlie߬ lich ist es denkbar, beide Füllverfahren gleichzeitig einzusetzen, immer in dem Bestreben, Materialströme zu erreichen, die zwangsläufig von der Wand der Gravur oder dem Gießlauf geführt werden, damit sich keine Stellen ergeben, an denen die Fließgeschwindigkeit möglicherweise so gering ist, daß es zu einer spontanen Erstarrung kommen kann.

Im übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegen¬ stand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine stark schematisierte Druckgießmaschine nach dem Stand der Technik, bei geöffneter Gießform,

Fig. 2 die Gießmaschine nach Fig. 1 in einem Längs¬ schnitt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungs-

gemäßen Vorrichtung zum Thixoforming, in einer Draufsicht bei geöffneter Gravur, und

Fig. 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung nach fig. 3 in einem Längsschnittrechtwinkelig zu dem Gravurspalt .

Zwecks besserem Verständnis der Erfindung sei zu¬ nächst anhand der Fig. 1 und 2 der durch die Druckgie߬ technik gegebene Stand der Technik erläutert.

Zum Druckgießen wird eine Druckgußform 1 verwendet, die aus einer unteren und einer oberen Formhälfte 2, 3 besteht, die an einem planen Gravurspalt 4 aneinander¬ stoßen. An den beiden aneinander anliegenden Seiten der beiden Formhälften 2, 3 ist eine Formgravur 5, 6 ausgebil¬ det, die das Negativ zu einem zu erstellenden Werkstück darstellt. Im vorliegenden Falle sei angenommen, das fertige Werkstück sei eine rechteckige Platte, die von vier zueinander parallelen Schmalseiten 7, 8, 9, 11 der Formgravur 5, 6 sowie zwei Flachseiten begrenzt ist.

Am unteren Ende der Druckgußform 1 schließt sich stark schematisiert dargestellt eine einzige Gießgarnitur

12 an, die sich aus einer Gießkammer 13 mit darin beweg¬ lich geführtem Gießkolben 15 sowie einem fächerförmig sich erweiternden Gießgießlauf 16 zusammensetzt. Der Gießan¬ trieb zum Bewegen des Gießkolbens 15 über seine Gießkol¬ benstangestange 17 ist der Einfachheit halber nicht weiter dargestellt .

Im Inneren des Gießlaufs 16 ist, wie bei Druckgie߬ maschinen üblich, ein spaltförmiger Kanal 18 enthalten, der sich fächerförmig von einem Auslaß 19 der Gießkammer

13 bis hin zu der breiten Schmalseite 7 des Werkstücks hin erweitert. In der dazu senkrechten Richtung verjüngt sich der Kanal 18, ausgehend von dem Auslaß 19, in Richtung auf die Gravuren 5, 6. Der Kanal 18 mündet an einem sogenann¬ ten Anschnitt 21 in den von den beiden Gravuren 5, 6 definierten Hohlraum.

Ersichtlicherweise geht der in dem Gießlauf 16 ent¬ haltene Kanal 18 über eine Drosselstelle in den Hohlraum der Druckgußform 1 über.

Zum Druckgießen wird die Gießkammer 13 mit dem ge¬ schmolzenen Metall gefüllt . Das Metall wird nach dem Einfüllen in die Gießkammer 13 mit Hilfe des Gießkolbens 15 unter hohem Druck in die Gießform 1 eingeschossen. Dabei schießt das geschmolzene Material, ähnlich einem Springbrunnen, von unten her in einem mehr oder weniger kompakten Strahl 22 aus flüssigem Metall durch den Kanal 18 nach oben in den Hohlraum der Gießform 1 ein, bis es an der gegenüberliegenden Kante 9 auftrifft. Das nachfolgend eingeschossene flüssige Metall hält aufgrund der innewoh¬ nenden kinetischen Energie das bereits vorher eingeschos¬ sene Material gegen die Wand 9 angepreßt.

Beim Druckgießen füllt sich der Formhohlraum all¬ mählich von oben nach unten, also entgegen der Fließrich¬ tung des eingeschossenen Metalls, wie dies durch Material- fronten 23a, 23b und 23c schematisch angedeutet ist. Die Materialfront 23a bildet sich aus, bevor die Materialfront 23b entsteht.

Das Einschießen des Metalls setzt sich solange fort, bis auch der Kanal 18 in dem Gießlauf 16 gefüllt ist.

Die Einschußgeschwindigkeit für das Metall liegt zwischen 40 und 60 m/s. Bei dieser hohen Geschwindigkeit treten in dem Metallstrahl Turbulenzen auf, insbesondere auch hervorgerufen durch die Verjüngung an dem Anschnitt 21, wodurch sich der Metallstrahl mit in der Gießform 1 enthaltener Luft mischt, die im erstarrten Metall fein verteilte Hohlräume bildet.

Die Fig. 3 und 4 zeigen stark schematisiert eine Vorrichtung 31, die zum Thixo-Forming vorgesehen ist, um auf diese Weise verhältnismäßig großflächige Teile durch Urformen herzustellen. Dazu wird eine thixotrope Metalle¬ gierung verwendet, die oberhalb einer vom Material ab¬ hängigen Temperatur thixotrope Eigenschaften hat, inso¬ fern, als ein Teil des Metalls, ca. 40% - 50%, im flüs-

sigen Aggregatzustand vorliegt, während der Rest sich noch im festen Aggregatszustand befindet. Eine derartige thi¬ xotrope Legierung zeigt ein Viskositätsverhalten, bei dem die Viskosität mit steigender Schubbeanspruchung abnimmt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Gießform 32, an die mehrere Gießgarnituren 33a, 33b, 33c angeschlossen sind.

Die Gießform selbst besteht aus einer unteren Form¬ hälfte 34 sowie einer oberen Formhälfte 35, die zwischen sich eine Gravur 36, bestehend aus einer Formgravur 37 in der oberen Formhälfte 35 und einer Formgravur 38 in der unteren Formhälfte 34 , zusammensetzt . Die notwendige Formschließeinheit ist nicht dargestellt, weil sie für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist.

Zur Erläuterung der Erfindung sei angenommen, daß das herzustellende Werkstück wie die Draufsicht in Fig. 3 zeigt, etwa eine trapezförmige Gestalt haben soll, und seitlich durch Ränder 39, 41, 42 und 43 der Gravur 36 sowie durch gedachte gestrichtelte Linien 44, 45 und 46 begrenzt ist, die gleichzeitig die Lage der Anschnitte symbolisieren sollen.

Die Gießgarnituren 33a...33c sind untereinander gleich, weshalb dieselben Bezugszeichen für die einzelnen Bauteile verwendet werden, ergänzt jeweils durch einen entsprechenden Buchstaben.

Zu der Gießgarnitur 33a gehört ein Gießlauf 47a, dessen Kanal 48a eine Gießkammer 49a mit der Gravur 36 verbindet. Der Gießlauf 48a endet gedanklich bei der gestrichelten Linie 44, d.h. die gestrichelte Linie 44 entspricht dem, was bei der Druckgießtechnik als Anschnitt bezeichnet ist.

In der Gießkammer 49a ist ein Gießkolben 51a ver-

schieblich geführt, der über eine Gießkolbenstange 52a angetrieben ist. Der Gießkolbenantrieb ist nicht weiter dargestellt, da er ebenfalls für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist.

Wie die Schnittdarstellung aus Fig. 4 erkennen läßt, geht der Kanal 48a ohne nennenswerte Restriktion in die Gravur 36 über. Außerdem ist der Kanal 48a mit im wesent¬ lichen zueinander parallelen Seitenflanken 53 und 54 ver¬ sehen, wobei seine Breite im vorliegenden Falle der Länge des Anschnitts 44 entspricht.

Bei den beiden Gießgarnituren 33b und 33c ist die Querschnittsabmessung des zugehörigen Kanals 48b bzw. 48c in Längsrichtung des Anschnitts gesehen kleiner als die Länge der betreffenden Kante des zu erzeugenden Werk¬ stücks. Zwischen den beiden Kanälen 48b und 48c erhebt sich die Wand 41, die Bestandteil der beiden Gravurhälften 37 und 38 ist. Jedoch sind auch bei diesen Gießgarnituren 33b und 33c die Kanäle 48b und 48c in den Gießläufen 47b und 47c in Richtung auf die Formgravur 36 praktisch nicht divergent ausgebildet.

Innerhalb der Gießform 32 bilden die beiden Gravuren 37 und 38 einen Überlauf 56, dessen Lage sich aus der nachfolgenden Funktionsbeschreibung ergibt:

Zum Gießen werden die Gießkammern 49a...49c geöffnet und sie werden mit einem im Volumen entsprechend bemesse¬ nen heißen Bolzen aus einer thixotropen Legierung be¬ schickt. Sodann werden die Gießkammern 49a...49c geschlos¬ sen.

Gleichzeitig oder vor dem Einfüllen der Bolzen in die Gießkammern 49a...49c wird durch die nicht veranschaulich¬ te Formschließeinheit die bewegliche Formhälfte, also ent 'er die Formhälfte 34 oder die Formhälfte 35 auf die fest tehende Formhälfte 34, 35 aufgepreßt.

Anschließend werden die ebenfalls nicht dargestellten Gießantriebe für die Gießkolben 51a...51c im wesentlichen gleichzeitig in Gang gesetzt, um aus den Gießkammern 49a...49c das Material mit einer Fließgeschwindigkeit zwischen 4 m/sec und 15 m/sec auszupressen. Das aus der Gießkammer 49a austretende Material bildet einen Material- ström, dessen vorderste Front 57 den gesamten Querschnitt des Kanals 48a füllt und sich von der Gießkammer 49a in Richtung auf die Gravur 36 bewegt. Die Gestalt des Kanals 48a und die Lage des Anschnitts 44 sind so gewählt, daß die Materialstromfront 57 an keiner Stelle den Kontakt mit der Begrenzungswand weder des Kanals 48a noch der Gravur 36 verliert und daß an allen Stellen der Materialstrom¬ front das Material im Fließen bleibt .

Der aus der Gießkammer 49 kommende Materialstrom bewegt sich in Richtung eines Pfeiles 58 in Richtung auf die Mitte der Gravur 36. Durch Linien 57a...57c sollen verschiedene vorübergehend auftretende Positionen der Materialstromfront angedeutet sein.

Da gleichzeitig auch die Gießantriebe für die beiden Gießgarnituren 33c und 33b in Gang gesetzt wurden, tritt aus deren Gießlauf 47b und 47c ebenfalls ein Materialstrom aus, dessen Materialstromfronten 51 bzw. 61 auch praktisch an jeder Stelle den Querschnitt des betreffenden Kanals 53b bzw. 53 c ausfüllen.

Sobald die Materialstromfronten 59 und 61 den An¬ schnitt 45 bzw. 46 überschritten haben, laufen die Materi¬ alstromfronten 59, 61 längs der Wand 41 aufeinander zu, bis sie sich berühren, wodurch die beiden Materialströme, die aus den Kanälen 48b und 48c kommen, miteinander ver¬ schweißen. Sie bilden sodann eine gemeinsame Material- stromfront 62, die sich auf die Materialstromfront 57 zu bewegt. Die Strömungsrichtungen der Materialströme aus den Kanälen 48b und 48c seien durch Pfeile 63 und 64 versinn¬ bildlicht.

Unterhalb des Überlaufes 56 treffen die Material¬ stromfronten 57 und 62 aufeinander und verschweißen auch dort. Da der einzige noch freie nicht ausgefüllte Raum der Überlauf 56 ist, werden die nun vereinigten Materialströme in den T-förmigen Überlauf 56 einströmen, womit die Gravur 36 vollständig und lückenlos gefüllt ist.

Die Lage der Anschnitte 44, 45 und 46 sowie die Geometrie der Kanäle 48a...48c in Verbindung mit der Gestalt der Formgravur 36 sind so gewählt, daß an allen Stellen der Materialstromfronten 57, 59, 61, 62 eine zwangsläufige Fließbewegung ohne die Gefahr des Stockens aufrecht erhalten bleibt. Eine derartige Bedingung wird vorzugsweise erfüllt, wenn die Materialstromfronten 57, 59, 61, 62 nicht in eine Lage geraten, in der sich Pilz¬ köpfe ausbilden und die Materialstromfront an irgendeiner Stelle der Wand oder innerhalb der Formgravur 36 zum Stillstand kommt.

Der Vergleich des Gießens unter Verwendung des Thixo- Formings und der neuen Vorrichtung mit dem Druckgießen zeigt, daß beim Druckgießen die Füllung der Gravur ent¬ gegen der Einströmrichtung des geschmolzenen Metalls erfolgt, während beim Thixo-Forming die Füllung der Gravur in Richtung des Materialstroms geschieht. Somit liegt beim Druckgießen das zuerst eingeschossene Material am Rand der Gravur, während beim Thixo-Forming das zuerst eingepreßte Material mehr zu der Mitte der Formgravur zu liegen kommt, je nachdem, wo bei entgegengesetztem Strom die Material- ströme aufeinandertreffen.

Es ist verständlich, daß die Fig. 3 und 4 lediglich die Grundprinzipien darstellen und daß auf diese Weise beliebige komplizierte flächenformige Gebildet, wie bei¬ spielsweise der Querträger (Armaturenbrettträger) eines PKWs oder auch die B-Säule hergestellt werden können, indem eine entsprechend große Anzahl von Gießgarnituren 33 verwendet wird, um die oben genannten Eigenschaften zu

erfüllen. Dabei ist es gleichgültig, ob die Materialströme im Gleichlauf die Gravur 36 vollständig ausfüllen, wie dies exemplarisch für die Materialströme aus den Gießgar¬ nituren 33b und 33c gezeigt ist, oder ob die Material¬ ströme im Gegenlauf aufeinander zu streben oder ob, wie dargestellt, eine Kombination aus allen möglichen Flie߬ richtungen verwendet wird. Auch müssen die Kanäle 48 keineswegs strikt konstanten Querschnitt aufweisen, son¬ dern können sich auch geringfügig erweitern, solange die oben genannten Fließbedingungen eingehalten werden.

Wichtig ist ferner, zu beachten, daß die Kanäle 48 möglichst ohne Restriktion in die Formgravur einmünden, d.h. im Bereich der Anschnitte 44, 45, 46 dürfen keine unnötigen künstlichen Querschnittsveränderungen auftreten. Das hat zwar zur Folge, daß im Bereich des Anschnitts das fertige Werkstück nahezu dieselbe Stärke hat wie der an dieser Stelle vorhandene Angußrest, so daß in aller Regel durch spangebende Verfahren der Anguß abgetrennt werden muß. Der Vorteil ist allerdings darin zu sehen, daß unnö¬ tige Hinterschneidungen vermieden werden, die schwer von der thixotropen Masse zu füllen sind.

Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Material auch senkrecht zu der Gravurteilung in die Formgravur einströmen, wenn die Gießgarnitur entsprechend angeordnet ist. Dabei fließt das Metall nach dem Anschnitt in Abhängigkeit von dessen Lage in einer oder in entgegen¬ gesetzten Richtungen in die Gravur, d.h. nach dem An¬ schnitt teilt sich der Materialstrom in zwei Material- ströme auf.

Bei einer Vorrichtung zum Thixo-Forming sind wenig¬ stens zwei Gießgarnituren vorgesehen, um sicherzustellen,

daß beim Füllen der Formgravur keine Bereiche auftreten, in denen spontan der Materialstrom ins Stocken gerät und anschließend einen willkürlichen Verlauf nimmt, der mögli¬ cherweise zu einem unvollständigen Füllen der Formgravur führt.