[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschine sowie
eine Thixomoldingmaschine.
[0002] Thixomoldingmaschinen sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausführungen
bekannt. Meist wird pulverförmiger Werkstoff in eine Schnecken-Zylinder Kombination
eingebracht, dort plastifiziert, und anschließend in ein Werkzeug eingespritzt. Zum
Betreiben der Produktionsprozesse an Thixomoldingmaschinen werden verschiedene Maschinenparameter,
wie zum Beispiel Zykluszeiten, Einspritzzeiten, Schneckenhub oder dergleichen während
des Betriebs der Thixomoldingmaschine gesteuert. Eine Auslegung der Thixomoldingmaschine
bezüglich solcher Parameter erfolgt üblicherweise für ein spezielles herzustellendes
Produkt. Insbesondere bei einem Produktwechsel ist dabei eine Anpassung der Parameter,
um optimale Materialeigenschaften bei dem Produkt zu erhalten, häufig nur durch manuelles
und iteratives Anpassen möglich. Insbesondere führt dies in der Regel zu einem hohen
Material- und Energieverbrauch.
[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschine
und eine Thixomoldingmaschine bereitzustellen, wobei stets eine optimale Auslastung
der Thixomoldingmaschine ermöglicht werden kann, um effizient mit geringem Energieaufwand,
geringem Materialverbrauch und niedrigen Kosten Metallteile spritzen zu können.
[0004] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschine
mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie mit einer Thixomoldingmaschine mit den Merkmalen
des Anspruchs 14.
[0005] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschine bietet dabei
den Vorteil, dass zuverlässig verschiedenartige Bauteile mit hoher Qualität bei geringem
Material- und Energieaufwand hergestellt werden können.
[0006] Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschine,
wobei die Thixomoldingmaschine eine Spritzeinheit mit einem Zylinder und einer im
Zylinder aufgenommenen Schnecke aufweist, um einen Werkstoff zu plastifizieren und
den plastifizierten Werkstoffs in ein Gießwerkzeug einzuspritzen, und wobei das Verfahren
die folgenden Schritte umfasst:
- Ermitteln einer Verweilzeit des Werkstoffs, welcher sich innerhalb der Spritzeinheit
befindet,
- Vergleich der ermittelten Verweilzeit mit einem vordefinierten Verweilzeit-Bereich,
- Betätigen einer Heizvorrichtung der Spritzeinheit basierend auf der ermittelten Verweilzeit,
wenn sich die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs befindet, und
- Stoppen der Spritzeinheit, wenn die ermittelte Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich
verlässt, oder Regeln der Spritzeinheit derart, dass die Verweilzeit innerhalb des
Verweilzeit-Bereichs verbleibt.
[0007] Als Verweilzeit wird dabei eine Zeit angesehen, welche ein bestimmter Teil des Werkstoffs
innerhalb der Spritzeinheit verbringt, also welche seit dem Einfüllen dieses Teils
des Werkstoffs in die Spritzeinheit vergangen ist. Insbesondere entspricht die Verweilzeit
der Zeit, für welche der Werkstoff in der Spritzeinheit plastifiziert wird, also beispielsweise
geheizt oder auf Temperatur gehalten wird.
[0008] Bei dem Gießwerkzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Spritzgießwerkzeug und/oder
ein Druckgießwerkzeug.
[0009] Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln der Verweilzeit dabei speziell für ein Schussvolumen
eines bevorstehenden Schusses in der Spritzeinheit. Das Schussvolumen entspricht dabei
dem Anteil des Werkstoffs innerhalb der Spritzeinheit, welcher bei dem nächsten Spritzzyklus
abgespritzt wird. Vorzugsweise kann in diesem Fall die maximale Verweilzeit als eine
gesamte Zeit, welche der Teil des Werkstoffs im Schussvolumen innerhalb der Spritzeinheit
bis zum Ausspritzen verbringt, angesehen werden.
[0010] Durch das Ermitteln der Verweilzeit können damit besonders genaue Informationen über
den aktuellen Materialzustand des Werkstoffs innerhalb der Spritzeinheit gewonnen
werden. Die Verweilzeit ist dabei maßgeblich verantwortlich für die Qualität des herzustellenden
Bauteils. Wird beispielsweise Werkstoff nach zu kurzer Verweilzeit eingespritzt, kann
es vorkommen, dass der Werkstoff noch nicht vollständig plastifiziert ist. Dadurch
können noch unaufgeschmolzene Feststoffteile in der auszuspritzenden Werkstoff-Schmelze
vorliegen.
[0011] Einerseits kann es dadurch beispielsweise zu Oberflächenfehlern und zu einer negativen
Beeinflussung der mechanischen Kennwerte des herzustellenden Bauteils kommen. Andererseits
ist ein noch nicht vollständig aufgeschmolzener Werkstoff zähfließender, was zu höheren
Belastungen bis hin zu Beschädigungen der Spritzeinheit führen kann. Demgegenüber
kann es bei zu langer Verweilzeit aufgrund zu starker Wärmezufuhr zu Farbveränderungen
und zum Abbau der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs führen. Zudem können sich
bei zu langer Wärmebelastung Stoffe abspalten, welche die Spritzeinheit beispielsweise
korrosiv angreifen und zu einem erhöhten oder frühzeitigen Verschleiß führen können.
[0012] Die Berücksichtigung der Verweilzeit beim Betreiben der Thixomoldingmaschine bietet
dabei zahlreiche Vorteile beim Spritzgießen von Bauteilen. Insbesondere können durch
Beeinflussen des Betriebs der Thixomoldingmaschine so, dass die Verweilzeit stets
innerhalb des Verweilzeit-Bereichs gehalten wird, optimale Werkstoffeigenschaften
beim Spritzgießen sichergestellt werden. Dadurch wird einerseits eine hohe Qualität
des herzustellenden Bauteils ermöglicht und andererseits ein verschleißarmer Betrieb
der Thixomoldingmaschine ermöglicht. Alternativ kann für den Fall, dass die ermittelte
Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich verlässt, die Spritzeinheit gestoppt werden, sodass
eine Beschädigung der Spritzeinheit und ein Ausspritzen des Werkstoffs mit unzureichenden
Materialeigenschaften vermieden werden kann. Zudem kann hierdurch ein Materialverbrauch
beim Betreiben der Thixomoldingmaschine besonders gering gehalten werden, da beispielsweise
Ausschussteile aufgrund von Verweilzeiten außerhalb des Verweilzeit-Bereichs vermieden
werden können.
[0013] Das Verfahren erlaubt somit eine permanente Kalkulation, Beobachtung und Überwachung
einer Auslastung der Spritzeinheit.
[0014] Hierfür kann einerseits die Heizvorrichtung der Spritzeinheit automatisch basierend
auf der ermittelten Verweilzeit betätigt werden, sofern sich die Verweilzeit noch
innerhalb des Verweilzeit-Bereichs befindet. Vorzugsweise erfolgt die Betätigung der
Heizvorrichtung so, dass bei Absinken der Verweilzeit im Vergleich zu einer optimalen
Verweilzeit eine Erhöhung der Heizleistung der Heizvorrichtung vorgenommen wird, um
die gewünschten optimalen Materialeigenschaften des herzustellenden Bauteils zu ermöglichen.
Bei einem Erhöhen der Verweilzeit kann die Heizleistung der Heizvorrichtung vorzugsweise
verringert werden, um ein zu starkes Heizen beim Plastifizieren des Werkstoffs zu
vermeiden. Eine solche proaktive Heizungsregelung bietet dabei den weiteren Vorteil
eines besonders geringen Energieverbrauchs der Thixomoldingmaschine. Insbesondere
kann der Energieverbrauch der Thixomoldingmaschine reduziert werden, beispielsweise
gegenüber einem Betrieb bei vorgegebener gleicher Heizungssteuerung während des gesamten
Betriebs.
[0015] Weiterhin können, insbesondere bei Annäherung der Verweilzeit an eine der Grenzen
des Verweilzeit-Bereichs, weitere Maßnahmen ergriffen werden, um eine Verschlechterung
der Bauteilqualität oder eine Beschädigung der Thixomoldingmaschine aufgrund von zu
geringem oder zu starkem Plastifizieren des Werkstoffs zu vermeiden. Hierfür kann
einerseits die Spritzeinheit derart geregelt werden, dass die Verweilzeit innerhalb
des Verweilzeit-Bereichs verbleibt. In diesem Fall kann beispielsweise eine automatische
Anpassung der Betriebsparameter von der Thixomoldingmaschine selbst vorgenommen werden.
Alternativ, beispielsweise, wenn die Thixomoldingmaschine in einem manuellen Betrieb
durch den Bediener betrieben wird, kann als Notmaßnahme zur Verhinderung von Schäden
an der Thixomoldingmaschine oder zur Vermeidung von Ausschuss bei den herzustellenden
Bauteilen ein Stoppen der Spritzeinheit erfolgen, wenn die ermittelte Verweilzeit
den Verweilzeit-Bereich verlässt.
[0016] Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
[0017] Bevorzugt wird die Verweilzeit basierend auf einem Schneckenkanalvolumen und/oder
einer Schneckenposition und/oder einer Zykluszeit ermittelt, sowie insbesondere einer
Geometrie von Schnecke und Zylinder. Besonders bevorzugt wird die Schneckenposition
dabei in einem Zustand nach einem Einspritzvorgang betrachtet. Das heißt, dadurch
kann ein Massepolster des noch in der Spritzeinheit vorhandenen Werkstoffvolumens
berücksichtigt werden. Somit kann besonders präzise die Verweilzeit ermittelt werden,
um optimale Bauteileigenschaften zu erhalten. Als Zykluszeit wird dabei die Zeit zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Einspritzvorgängen angesehen. Dadurch kann einfach und direkt
die Zeit berücksichtigt werden, welche für den Werkstoff zum Plastifizieren zur Verfügung
steht.
[0018] Besonders bevorzugt weist die Thixomoldingmaschine ferner einen werkzeugseitigen
Heißkanal auf. Die Verweilzeit wird dabei basierend auf einem Volumen des Heißkanals
ermittelt. Das heißt, für den Fall einer Thixomoldingmaschine mit Heißkanal wird zusätzlich
das Volumen des sich im Heißkanal befindlichen Werkstoffs mit berücksichtigt, wodurch
die optimalen Betriebsparameter hinsichtlich der Verweilzeit besonders genau überwacht
und eingestellt werden können.
[0019] Vorzugsweise wird der vordefinierte Verweilzeit-Bereich basierend auf Materialeigenschaften
des Werkstoffs ermittelt. Das heißt, der Verweilzeit-Bereich wird abhängig von den
physikalischen Eigenschaften des mittels der Thixomoldingmaschine zu verarbeitenden
Werkstoffs bestimmt. Vorzugsweise kann der Bediener der Thixomoldingmaschine dabei
eine Bezeichnung und/oder die Materialeigenschaften des zu verarbeitenden Werkstoffs,
insbesondere mittels einer Eingabevorrichtung, eingeben, sodass die Thixomoldingmaschine
automatisch den entsprechenden Verweilzeit-Bereich ermitteln kann. Insbesondere kann
die Thixomoldingmaschine somit verschiedenste Werkstoffe optimal verarbeiten, sodass
auch bei deutlich voneinander abweichenden Materialeigenschaften verschiedener Werkstoffe
stets hochqualitative Bauteile mit den gewünschten Materialeigenschaften hergestellt
werden können.
[0020] Weiter bevorzugt werden zum Regeln der Spritzeinheit der Thixomoldingmaschine, insbesondere
für den Fall, dass die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs verbleiben soll,
einer oder mehrere der folgenden Betriebsparameter der Spritzeinheit geregelt: Zykluszeit,
Schneckendrehzahl, Staudruck, Schneckenhub. Vorzugsweise kann hierbei ein automatischer
Betrieb der Thixomoldingmaschine erfolgen, wobei die Thixomoldingmaschine automatisch
die entsprechenden Betriebsparameter der Spritzeinheit regelt. Dadurch kann auf besonders
einfache und für den Bediener komfortable Weise ein Betrieb der Thixomoldingmaschine
ermöglicht werden, sodass Bauteile mit hoher Materialqualität in kurzer Zeit und bei
geringem Materialverbrauch hergestellt werden können.
[0021] Vorzugsweise wird mittels der Heizvorrichtung der Thixomoldingmaschine der Zylinder/oder
die Schnecke und/oder ein werkzeugseitiger Heißkanal der Thixomoldingmaschine verweilzeitgeregelt
geheizt. Das heißt, basierend auf der Verweilzeit des Werkstoffs in der Spritzeinheit
erfolgt eine automatische Anpassung der Erwärmung des Werkstoffs mittels der Heizvorrichtung.
Beispielsweise kann dabei die Heizleistung automatisch abgesenkt oder erhöht werden,
um bei Abweichen der ermittelten Verweilzeit von einer vorgegebenen optimalen Verweilzeit
möglichst gute Materialeigenschaften des herzustellenden Bauteils erreichen zu können.
[0022] Besonders bevorzugt wird dem Bediener der Thixomoldingmaschine mittels einer Anzeigevorrichtung
permanent die aktuelle Verweilzeit des Werkstoffs angezeigt. Das heißt, neben einem
automatischen Monitoring der Verweilzeit seitens der Thixomoldingmaschine kann der
Bediener stets Informationen über die aktuelle Verweilzeit des Werkstoffs erhalten,
wodurch beispielsweise auch eine manuelle Anpassung von Betriebsparametern der Thixomoldingmaschine
vereinfacht wird. Vorzugsweise wird die aktuelle Verweilzeit hierbei in Relation zu
dem Verweilzeit-Bereich angezeigt.
[0023] Bevorzugt wird mittels einer Anzeigevorrichtung ein Signal an den Bediener der Thixomoldingmaschine
ausgegeben, wenn die erfasste Verweilzeit sich einer der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs
nähert. Alternativ oder zusätzlich kann ein Signal ausgegeben werden, wenn die momentane
Verweilzeit eine der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs überschreitet. Das heißt, der
Bediener erhält von der Thixomoldingmaschine ein, vorzugsweise optisches und/oder
akustisches und/oder optisches Signal, mittels welchem signalisiert wird, dass bei
der momentanen Betriebsweise Werkstoff mit nahe an oder außerhalb der tolerierbaren
Grenzen liegender Verweilzeit innerhalb der Spritzeinheit vorliegt. Dadurch kann der
Bediener beispielsweise manuell eine Anpassung der Betriebsparameter der Thixomoldingmaschine
vornehmen, um den Betrieb zu optimieren und die Werkstoffeigenschaften zu verbessern.
[0024] Vorzugsweise werden mittels einer Anzeigevorrichtung dem Bediener der Thixomoldingmaschine
Hinweise zum Anpassen der Betriebsparameter der Thixomoldingmaschine gegeben, um den
Gießvorgang zu optimieren. Beispielsweise können dem Bediener Hinweise in Form von
Soll-Werten der Betriebsparameter der Spritzeinheit angezeigt werden, welche für eine
optimale Betriebsweise der Thixomoldingmaschine im Hinblick auf eine zur Erreichung
gewünschter Materialeigenschaften des herzustellenden Bauteils einzustellende Verweilzeit
geeignet ist. Dadurch kann eine für den Bediener besonders einfache und komfortable
Bedienung der Thixomoldingmaschine ermöglicht werden.
[0025] Besonders bevorzugt werden beim Ermitteln der Verweilzeit Stillstandszeiten der Spritzeinheit
oder der Thixomoldingmaschine berücksichtigt. Das heißt, Zeiten, in welchen die Spritzeinheit
oder die gesamte Thixomoldingmaschine stillsteht, also wenn beispielsweise kein Plastifizieren
des Werkstoffs durch Drehung der Schnecke und/oder durch Heizen erfolgt, fließen mit
in die Berechnung der Verweilzeit ein. Beispielsweise kann dadurch auch nach dem Stillstand
der Spritzeinheit besonders schnell Werkstoff mit optimalen Eigenschaften in das Gießwerkzeug
eingespritzt werden. Insbesondere können dadurch auch bei Unterbrechungen des Betriebs
der Spritzeinheit oder der Thixomoldingmaschine qualitativ hochwertige Bauteile mit
geringem Ausschuss und bei niedrigem Materialverbrauch hergestellt werden.
[0026] Bevorzugt wird der Werkstoff in der Spritzeinheit so plastifiziert, dass der Werkstoff
beim Einspritzen in das Gießwerkzeug in einem thixotropen Zustand vorliegt. Als thixotrop
wird dabei insbesondere ein Zustand angesehen, in welchem in dem fertiggestellten
Zustand im Material des Bauteils eine Mikrostruktur vorliegt, in der fein verteilte
kristalline Bestandteile in zusammenhängende Bereiche von Schmelze eingebettet sind.
Das heißt, Betriebsparameter der Spritzeinheit werden so eingestellt, dass der Werkstoff
im thixotropen Zustand in das Gießwerkzeug eingespritzt wird und dass in dem fertiggestellten
Bauteil ein thixotroper Anteil vorliegt.
[0027] Weiter bevorzugt umfasst das Verfahren ferner die Schritte:
- Ermitteln einer Soll-Verweilzeit basierend auf einem Sollwert eines thixotropen Anteils
des zu spritzenden Bauteils, und
- Regeln der Spritzeinheit basierend auf der ermittelten Soll-Verweilzeit. Insbesondere
kann der Sollwert des thixotropen Anteils dabei mittels einer Eingabevorrichtung,
beispielsweise manuell vom Bediener, eingegeben werden. Vorzugsweise wird die Spritzeinheit
hierbei so geregelt, dass die ermittelte Soll-Verweilzeit eingehalten wird, um exakt
den gewünschten eingegebenen thixotropen Anteil zu erhalten. Damit können besonders
einfach qualitativ hochwertige Metallbauteile mit den gewünschten Eigenschaften hergestellt
werden.
[0028] Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte, welche insbesondere
im Falle eines Artikelwechsels ausgeführt werden:
- Ermitteln einer Aufheizzeit des Werkstoffs in der Spritzeinheit, insbesondere vor
einem ersten Produktionszyklus nach dem Artikelwechsel, und
- Ermitteln eines Anfahrprozesses nach dem Artikelwechsel und basierend auf der Aufheizzeit.
Als Artikelwechsel wird dabei ein Wechsel des mittels der Thixomoldingmaschine herzustellenden
Artikels angesehen. Vorzugsweise kann der ermittelte Anfahrprozess mittels einer Anzeigevorrichtung
dem Bediener angezeigt werden. Alternativ kann die Thixomoldingmaschine den Anfahrprozess
automatisch durchführen. Durch Ermitteln der Aufheizzeit und des Anfahrprozesses nach
dem Artikelwechsel kann ein besonders effizienter und flexibler Betrieb der Thixomoldingmaschine
bereitgestellt werden, da auch bei verschiedenen zu spritzenden Bauteilen stets die
optimale Betriebsweise der Thixomoldingmaschine automatisch ermittelt wird und damit
beispielsweise durch den Artikelwechsel verursachte Stillstandszeiten auf ein Minimum
reduziert werden können.
[0029] Weiterhin führt die Erfindung zu einer Thixomoldingmaschine, welche ein Gießwerkzeug,
eine Spritzeinheit mit einem Zylinder und einer im Zylinder aufgenommen Schnecke,
um einen Werkstoff, vorzugsweise Magnesium und/oder Zink und/oder Aluminium, zu plastifizieren
und um den plastifizierten Werkstoff in das Gießwerkzeug einzuspritzen, umfasst. Das
Gießwerkzeug ist vorzugsweise ein Spritzgießwerkzeug und/oder ein Druckgießwerkzeug.
Weiterhin umfasst die Thixomoldingmaschine eine Heizvorrichtung, welche eingerichtet
ist zum Heizen der Spritzeinheit, eine Erfassungseinrichtung, welche eingerichtet
ist, eine Verweilzeit des Werkstoffs in der Spritzeinheit zu ermitteln, und eine Steuervorrichtung.
Vorzugsweise ist die Erfassungseinheit dabei eingerichtet, eine Verweilzeit des Werkstoffs
eines Schussvolumens eines bevorstehenden Schusses zu ermitteln. Die Steuervorrichtung
ist dabei eingerichtet, die Heizvorrichtung basierend auf der ermittelten Verweilzeit
zu betätigen, wenn sich die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs befindet.
Weiterhin ist die Steuervorrichtung eingerichtet, die Spritzeinheit zu stoppen, für
den Fall, dass die ermittelte Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich verlässt, oder alternativ
die Spritzeinheit derart zu regeln, dass die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs
verbleibt. Besonders bevorzugt ist die Steuervorrichtung eingerichtet, das oben beschriebene
Verfahren durchzuführen. Die Thixomoldingmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass
eine besonders einfache und komfortable Bedienung ermöglicht wird, um Bauteile mit
hoher Qualität auf einfache Weise und kostengünstig herstellen zu können.
[0030] Bevorzugt ist die Heizvorrichtung eingerichtet, den Zylinder und/oder die Schnecke
und/oder einen Heißkanal der Spritzeinheit zu heizen. Dadurch kann besonders gezielt
Energie in den Werkstoff eingebracht werden, insbesondere zusätzlich zu der basierend
auf der Rotation der Schnecke im Zylinder entstehenden Energie, um den Werkstoff zu
plastifizieren.
[0031] Vorzugsweise umfasst die Thixomoldingmaschine ferner eine Anzeigevorrichtung, welche
eingerichtet ist zur Anzeige der ermittelten Verweilzeit. Insbesondere können mit
der Anzeigevorrichtung auch weitere Informationen angezeigt werden, wie beispielsweise
der Verweilzeit-Bereich. Zusätzlich oder alternativ können auch weitere die Bedienung
der Thixomoldingmaschine unterstützende Informationen angezeigt werden, wie beispielsweise
Handlungsanweisungen an den Bediener, welche vorteilhafte Einstellungen für Betriebsparameter
der Thixomoldingmaschine angeben können, insbesondere um hinsichtlich hoher Bauteilqualität
optimale Verweilzeiten zu erreichen. Dadurch kann ein für den Bediener besonders einfacher
und komfortabler Betrieb der Thixomoldingmaschine ermöglicht werden.
[0032] Besonders bevorzugt umfasst die Thixomoldingmaschine ferner eine Eingabevorrichtung,
mittels welcher eine manuelle Eingabe von Betriebsparametern ermöglicht wird. Vorzugsweise
kann der Bediener dabei wählen zwischen einer automatischen Anpassung eines oder mehrerer
Betriebsparameter, und einer manuellen Einstellmöglichkeit der Betriebsparameter.
[0033] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Funktional
gleiche Bauteile sind dabei stets mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigt:
- Fig. 1
- eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Thixomoldingmaschine gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[0034] In der Figur 1 ist eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer Thixomoldingmaschine
1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Thixomoldingmaschine
1 umfasst eine Spritzeinheit 10 mit einem Zylinder 2 und mit einer Schnecke 3, welche
im Zylinder 2 aufgenommen ist. Der Schnecke 3 kann von einem Werkstoffreservoir 45
ein Werkstoff 4 zugeführt werden. Insbesondere handelt es sich bei dem Werkstoff 4
um Aluminium, welches im Werkstoffreservoir 45 als Granulat oder Pulver vorliegt.
[0035] Der Werkstoff 4 kann innerhalb des Zylinders 2 durch Rotation der Schnecke 3 um eine
Rotationsachse 35 plastifiziert, also geschmolzen, werden und entlang der Rotationsachse
35 in Richtung eines Gießwerkzeugs 5 gefördert werden. Durch axiales Verschieben der
Schnecke 3 im Zylinder 2 entlang der Rotationsachse 35 wird jeweils ein bestimmtes
Schussvolumen eines, beispielhaft angedeuteten, Schusses 40 in eine Form 50 des Gießwerkzeugs
5 eingespritzt, um dadurch Metallbauteile herzustellen. Der plastifizierte Werkstoff
4 wird hierbei über einen Kanal 11 in das Gießwerkzeug 5 eingespritzt.
[0036] Die Thixomoldingmaschine 1 weist ferner eine Heizvorrichtung 6 auf, welche eingerichtet
ist zum Heizen der Spritzeinheit 10. Im Detail kann hierbei der Zylinder 2 geheizt
werden. Vorzugsweise ist alternativ oder zusätzlich auch ein Heizen der Schnecke 3
mittels der Heizvorrichtung 6 möglich.
[0037] Die Thixomoldingmaschine 1 weist einen sogenannten Heißkanal 7 auf, innerhalb welchem
sich der Kanal 11 befindet. Im Heißkanal 7 kann der Werkstoff 4 weiter geheizt werden.
Alternativ kann auch eine Thixomoldingmaschine 1 ohne Heißkanal 7 bereitgestellt werden.
In diesem Fall würde der plastifizierte Werkstoff 4 vom Ende des Zylinders 2 direkt
in das Gießwerkzeug 5 eingespritzt werden.
[0038] Eine Betätigung der Thixomoldingmaschine 1, insbesondere der Spritzeinheit 10 mit
der Schnecke 3, der Heizvorrichtung 6 und des Heißkanals 7, erfolgt mittels einer
Steuervorrichtung 15. Die Steuervorrichtung 15 ist dabei eingerichtet, entweder eine
automatische Betätigung durchzuführen, oder die Betätigung basierend auf einer manuellen
Eingabe durch einen Bediener der Thixomoldingmaschine 1 durchzuführen. Hierfür umfasst
die Thixomoldingmaschine 1 eine Eingabevorrichtung 16, mittels welcher der Bediener
Betriebsparameter der Thixomoldingmaschine 1 manuell eingeben kann.
[0039] Weiterhin umfasst die Thixomoldingmaschine 1 eine Erfassungsvorrichtung 9, welche
eingerichtet ist, eine Verweilzeit des Werkstoffs 4 innerhalb der Spritzeinheit 10
zu ermitteln. Insbesondere wird hierbei eine Verweilzeit eines Schussvolumens des
bevorstehenden Schusses 40 ermittelt. Als Verweilzeit wird dabei eine Zeit angesehen,
für welche sich der entsprechende Teil des Werkstoffs 4 seit dem Einfüllen an einer
Einfüllöffnung 46 innerhalb des Zylinders 2 befindet, also eine Gesamtdauer, für welche
der Werkstoff 4 zum aktuellen Zeitpunkt plastifiziert wurde. Die maximal mögliche
Verweilzeit ergibt sich dabei für die Dauer, für welche sich der Werkstoff 4 innerhalb
der Spritzeinheit 10, also zwischen Einfüllöffnung 46 und einer Austrittsöffnung 51
des Heißkanals 7, befindet.
[0040] Die Verweilzeit wird dabei basierend auf einer aktuellen Schneckenposition, einer
Zykluszeit eines Einspritzzyklusses und bekannten geometrischen Eigenschaften der
Spritzeinheit, wie einem Schneckenkanalvolumen, und beispielsweise einer Steigung
der Schnecke und einer Windungsanzahl der Schnecke, ermittelt. Das heißt, basierend
auf den vorbekannten geometrischen Eigenschaften und der aktuellen Betriebsposition
der Schnecke kann abgeschätzt werden, welche Verweilzeit beliebige Teilbereiche des
Werkstoffs 4 in der Spritzeinheit 10 aufweisen.
[0041] Die Thixomoldingmaschine 1 umfasst weiterhin eine Anzeigevorrichtung 8, welche mit
der Erfassungsvorrichtung 9 verbunden ist, und welche eingerichtet ist, die ermittelte
Verweilzeit anzuzeigen.
[0042] Die ermittelte Verweilzeit kann als Grundlage für eine Optimierung des Betriebs der
Thixomoldingmaschine 1 dienen, da anhand der Verweilzeit Informationen über einen
aktuellen Zustand des Werkstoffs 4, insbesondere des bevorstehenden Schusses 40, gewonnen
werden können. Basierend darauf können Betriebsparameter der Thixomoldingmaschine
1 so angepasst werden, um einerseits Bauteile mit möglichst hoher Materialqualität
herstellen zu können, und andererseits, um Schäden an der Thixomoldingmaschine 1 zu
vermeiden.
[0043] Hierfür wird die jeweils ermittelte Verweilzeit mit einem vorbestimmten Verweilzeit-Bereich
verglichen. Der Verweilzeit-Bereich basiert auf Kennwerten der Thixomoldingmaschine
1 sowie Materialeigenschaften des zu spritzenden Werkstoffs 4. Insbesondere gibt der
Verweilzeit-Bereich einen Bereich vor, innerhalb welchem die Verweilzeit liegen darf,
und außerhalb welchem keine optimalen Materialeigenschaften des Werkstoffs 4 mehr
vorliegen. Das heißt, die momentane Verweilzeit sollte stets innerhalb des Verweilzeit-Bereichs
liegen, um Beschädigungen der Thixomoldingmaschine 1 und unzureichende Materialeigenschaften
der herzustellenden Bauteile zu vermeiden.
[0044] Der Bediener kann dabei den Werkstoff 4 oder bestimmte Eigenschaften des Werkstoffs
4 mittels der Eingabevorrichtung 16 eingeben. Die Steuervorrichtung 15 berechnet daraufhin
automatisch den Verweilzeit-Bereich. Vorzugsweise wird zudem eine optimale Soll-Verweilzeit,
welche innerhalb des Verweilzeit-Bereichs liegt, ermittelt.
[0045] Beim Betrieb der Thixomoldingmaschine 1 wird die momentane Verweilzeit permanent
überwacht. Liegt die ermittelte momentane Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs,
so erfolgt mittels der Steuervorrichtung 15 eine automatische Betätigung der Heizvorrichtung
6 und/oder des Heißkanals 7 basierend auf der ermittelten Verweilzeit. Vorzugsweise
erfolgt hierbei das Betätigen der Heizvorrichtung 6 und/oder des Heizkanals 7 so,
dass eine Wärmezufuhr an den Werkstoff 4 verringert wird, wenn die momentane Verweilzeit
größer ist als die Soll-Verweilzeit, und weiterhin so, dass eine Wärmezufuhr an den
Werkstoff 4 erhöht wird, wenn die momentane Verweilzeit kleiner ist als die Soll-Verweilzeit.
Das heißt, es erfolgt eine Anpassung der Plastifizierung des Werkstoffs 4 über die
Wärmezufuhr automatisiert und vom Bediener unbemerkt im Hintergrund. Dadurch können
die optimalen Materialeigenschaften bei der Herstellung der Bauteile auf einfache
und für den Bediener besonders komfortable Weise sichergestellt werden.
[0046] Die ermittelte Verweilzeit wird dabei permanent mittels der Anzeigevorrichtung 8
dem Bediener der Thixomoldingmaschine 1 angezeigt. Zudem werden mittels der Anzeigevorrichtung
8 Hinweise zum Anpassen der Betriebsparameter der Thixomoldingmaschine 1 angezeigt,
sodass der Bediener manuell die Betriebsparameter anpassen kann, um beispielsweise
die optimale Soll-Verweilzeit zu erreichen.
[0047] Wenn sich die ermittelte momentane Verweilzeit ändert und einer der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs
annähert, was beispielsweise auftreten kann, wenn Betriebsparameter, wie die Zykluszeit
und/oder eine Schneckendrehzahl verändert werden, so wird mittels der Anzeigevorrichtung
8 ein akustisches und/oder optisches Signal an den Bediener der Thixomoldingmaschine
1 ausgegeben. Ebenfalls wird ein akustisches und/oder optisches Signal an den Bediener
ausgegeben, wenn die momentane Verweilzeit eine der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs
überschreitet. Dadurch wird dem Bediener mitgeteilt, dass die Verweilzeit den erlaubten
Verweilzeit-Bereich verlassen wird bzw. schon verlassen hat.
[0048] Zur anschließenden Optimierung des Betriebs der Thixomoldingmaschine 1 gibt es verschiedene
Möglichkeiten. Zum einen kann die Steuervorrichtung 15 die Betriebsparameter der Spritzeinheit
10 automatisch so regeln, dass die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs
bleibt. Hierbei wird einer oder mehrere der folgenden Betriebsparameter geregelt:
Zykluszeit, Schneckendrehzahl, Staudruck, Schneckenhub.
[0049] Alternativ kann die Einstellung der Betriebsparameter der Spritzeinheit 10 dem Bediener
überlassen werden, wobei dieser mittels der Eingabevorrichtung 16 manuell die Betriebsparameter
der Spritzeinheit 10 anpassen kann.
[0050] In beiden Fällen erfolgt ein Stoppen der Spritzeinheit 10, wenn die ermittelte momentane
Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich verlässt. Dadurch wird verhindert, dass beispielsweise
noch nicht vollständig aufgeschmolzener Werkstoff 4 oder bereits zu lange geheizter
Werkstoff 4 in das Gießwerkzeug 5 eingespritzt wird. Ferner wird dadurch verhindert,
dass eine Beschädigung der Thixomoldingmaschine 1 beispielsweise aufgrund von zu zähen
Fleißeigenschaften des Werkstoffs 4 innerhalb der Spritzeinheit 10 auftritt.
[0051] Für den Fall, dass die Verweilzeit eine Obergrenze des Verweilzeit-Bereichs überschreitet,
ist ein Teil des Werkstoffs 4 innerhalb des Zylinders 2 bereits beschädigt, sodass
dieser vor einem erneuten Start eines Produktionszyklus der Spritzeinheit 10 ausgetragen
werden muss. In Abhängigkeit der Verweilzeit wird dabei mittels der Erfassungsvorrichtung
8 ermittelt, welches Volumen des gesamten Werkstoffvolumens innerhalb des Schneckenkanalvolumens
auszutragen ist. Weist beispielsweise der Teil des Werkstoffvolumens, welcher sich
in den vordersten beiden Windungen der Schnecke 3 ausgehend von einer Schneckenspitze
31 befindet, beispielhaft gekennzeichnet durch den Bereich A, eine Verweilzeit auf,
welche oberhalb der Obergrenze des Verweilzeit-Bereichs liegt, so ist dieses Werkstoffvolumen
vor dem Start des nächsten Produktionszyklus der Spritzeinheit 10 auszutragen. Basierend
auf diesem ermittelten auszutragenden Werkstoffvolumen, wird eine Anzahl an Abspritzzyklen
ermittelt, welche vor dem Start des nächsten Produktionszyklus der Spritzeinheit 10
durchzuführen ist. Diese ermittelte Anzahl an Abspritzzyklen wird dem Bediener anschließend
mittels der Anzeigevorrichtung 8 angezeigt. Vorzugsweise kann der Bediener dabei wählen,
ob er diese Anzahl an Abspritzzyklen manuell durchführt, oder ob die Thixomoldingmaschine
1 mittels Steuerung durch die Steuervorrichtung 15 dies automatisch durchführt.
[0052] Die Thixomoldingmaschine 1 zeichnet sich somit zu einem besonders einfachen und komfortablen
Betrieb aus, wobei zuverlässig ermöglicht wird, dass Bauteile mit optimalen Materialeigenschaften
hergestellt werden können, indem die Verweilzeit des Werkstoffs 4 permanent berechnet,
aufgezeichnet und überwacht wird. Dabei wird zudem verhindert, dass Beschädigungen
der Thixomoldingmaschine 1 durch ungeeignete Materialeigenschaften des Werkstoffs
4 auftreten können.
[0053] Weiterhin erlaubt die Thixomoldingmaschine 1 durch die Überwachung und Regelung der
Verweilzeit eine besonders flexible Betriebsweise im Hinblick auf unterschiedlichste
herzustellende Bauteile. So kann bei einem Artikelwechsel ferner die Aufheizzeit des
Werkstoffs 4 ermittelt werden und basierend auf der Aufheizzeit nach dem Artikelwechsel
ein Anfahrprozess ermittelt werden. Der Anfahrprozess kann ebenfalls entweder dem
Bediener zur manuellen Betätigung bereitgestellt werden und/oder automatisch von der
Steuervorrichtung 15 durchgeführt werden.
[0054] Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender
Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in der
Fig. 1 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste
[0055]
- 1
- Thixomoldingmaschinemaschine
- 2
- Zylinder
- 3
- Schnecke
- 4
- Werkstoff
- 5
- Gießwerkzeug
- 6
- Heizvorrichtung
- 7
- Heißkanal
- 8
- Anzeigevorrichtung
- 9
- Erfassungsvorrichtung
- 10
- Spritzeinheit
- 11
- Kanal
- 15
- Steuervorrichtung
- 16
- Eingabevorrichtung
- 31
- Schneckenspitze
- 35
- Längsachse
- 40
- Schuss
- 45
- Werkstoffreservoir
- 46
- Einfüllöffnung
- 50
- Form
- 51
- Austrittsöffnung
- A
- Bereich auszutragendes Werkstoffvolumen
1. Verfahren zum Betreiben einer Thixomoldingmaschinemaschine (1), welche eine Spritzeinheit
(10) mit einem Zylinder (2) und einer im Zylinder (2) aufgenommenen Schnecke (3),
zum Plastifizieren eines Werkstoffs (4), insbesondere Magnesium und/oder Zink und/oder
Aluminium, und zum Einspritzen des plastifizierten Werkstoffs (4) in ein Gießwerkzeug
(5) aufweist, umfassend die Schritte:
- Ermitteln einer Verweilzeit des Werkstoffs (4), insbesondere eines Schussvolumens
eines bevorstehenden Schusses (40), in der Spritzeinheit (10),
- Vergleich der ermittelten Verweilzeit mit einem vordefinierten Verweilzeit-Bereich,
- Betätigen einer Heizvorrichtung (6) der Spritzeinheit (10) basierend auf der ermittelten
Verweilzeit, wenn sich die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs befindet,
und
- Regeln der Spritzeinheit (10) derart, dass die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs
bleibt, oder Stoppen der Spritzeinheit (10) wenn die ermittelte Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich
verlässt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verweilzeit basierend auf einem Schneckenkanalvolumen
und/oder einer Schneckenposition, insbesondere nach einem Einspritzvorgang, und/oder
basierend auf einer Zykluszeit ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Thixomoldingmaschinemaschine
(1) ferner einen werkzeugseitigen Heißkanal (7) aufweist, und wobei die Verweilzeit
basierend auf einem Volumen des Heißkanals (7) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vordefinierte Verweilzeit-Bereich
basierend auf Materialeigenschaften des Werkstoffs (4) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Regeln der Spritzeinheit
(10) der Thixomoldingmaschinemaschine (1) einer oder mehrere der folgenden Betriebsparameter
der Spritzeinheit (10) geregelt werden: Zykluszeit, Schneckendrehzahl, Staudruck,
Schneckenhub.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der Heizvorrichtung
(6) der Thixomoldingmaschinemaschine (1) der Zylinder (2) und/oder die Schnecke (2)
und/oder einen werkzeugseitiger Heißkanal (7) der Thixomoldingmaschinemaschine (1)
verweilzeitgeregelt geheizt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels einer Anzeigevorrichtung
(8) dem Bediener der Thixomoldingmaschinemaschine (1) permanent die aktuelle Verweilzeit
des Werkstoffs (4) angezeigt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels einer Anzeigevorrichtung
(8) ein Signal an einen Bediener der Thixomoldingmaschinemaschine (1) ausgegeben wird,
wenn die Verweilzeit sich einer der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs nähert, und/oder
eine der Grenzen des Verweilzeit-Bereichs überschreitet.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels einer Anzeigevorrichtung
(8) dem Bediener der Thixomoldingmaschinemaschine (1) Hinweise zum Anpassen der Betriebsparameter
der Spritzeinheit (10) gegeben werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Ermitteln der Verweilzeit
Stillstandszeiten der Spritzeinheit (10) oder der Thixomoldingmaschinemaschine (1)
berücksichtigt werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Werkstoff (4) in der
Spritzeinheit (10) so plastifiziert wird, dass der Werkstoff (4) beim Einspritzen
in das Gießwerkzeug (5) in einem thixotropen Zustand vorliegt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren ferner die Schritte umfasst:
- Ermitteln einer Soll-Verweilzeit basierend auf einem, insbesondere mittels einer
Eingabevorrichtung (16) eingebbaren, Sollwert eines thixotropen Anteils des zu spritzenden
Bauteils, und
- Regeln der Spritzeinheit (10) basierend auf der ermittelten Soll-Verweilzeit.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren im Falle eines
Artikelwechsels ferner die folgenden Schritte umfasst:
- Ermitteln einer Aufheizzeit des Werkstoffs (4), und
- Ermitteln eines Anfahrprozesses der Spritzeinheit (10) nach dem Artikelwechsel und
basierend auf der Aufheizzeit.
14. Thixomoldingmaschinemaschine, umfassend:
- ein Gießwerkzeug (5),
- eine Spritzeinheit (10) mit einem Zylinder (2) und einer im Zylinder (2) aufgenommenen
Schnecke (3), zum Plastifizieren eines Werkstoffs (4), insbesondere Magnesium und/oder
Aluminium, und zum Einspritzen des plastifizierten Werkstoffs (4) in ein Gießwerkzeug
(5),
- eine Heizvorrichtung (6), welche eingerichtet zum Heizen der Spritzeinheit (10),
- eine Erfassungsvorrichtung (9), welche eingerichtet ist, eine Verweilzeit des Werkstoffs
(4), insbesondere eines Schussvolumens eines bevorstehenden Schusses (40), in der
Spritzeinheit (10) zu ermitteln, und
- eine Steuervorrichtung (15), welche eingerichtet ist:
- die Heizvorrichtung (6) basierend der ermittelten Verweilzeit zu betätigen, wenn
sich die Verweilzeit innerhalb des Verweilzeit-Bereichs befindet, und
- die Spritzeinheit (10) zu stoppen, wenn die ermittelte Verweilzeit den Verweilzeit-Bereich
verlässt, oder die Spritzeinheit (10) derart zu regeln, dass die Verweilzeit innerhalb
des Verweilzeit-Bereichs verbleibt.
15. Thixomoldingmaschinemaschine nach Anspruch 14, wobei die Heizvorrichtung (6) eingerichtet
ist, den Zylinder (2) und/oder die Schnecke (3) und/oder einen Heißkanal (7) der Spritzeinheit
(10) zu heizen.
16. Thixomoldingmaschinemaschine nach einem der Ansprüche 14 oder 15, ferner umfassend
eine Anzeigevorrichtung (8), welche eingerichtet ist zur Anzeige der ermittelten Verweilzeit.
17. Thixomoldingmaschinemaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 16, ferner umfassend
eine Eingabevorrichtung (16), zur manuellen Eingabe von Betriebsparametern.