EP1152852B1 - Vorrichtung zur herstellung von halbzeugen und formteilen aus metallischem material - Google Patents

Vorrichtung zur herstellung von halbzeugen und formteilen aus metallischem material Download PDF

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EP1152852B1
EP1152852B1 EP00907593A EP00907593A EP1152852B1 EP 1152852 B1 EP1152852 B1 EP 1152852B1 EP 00907593 A EP00907593 A EP 00907593A EP 00907593 A EP00907593 A EP 00907593A EP 1152852 B1 EP1152852 B1 EP 1152852B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
extruder
cylinder
metallic material
injection
piston
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00907593A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1152852A1 (de
Inventor
Andreas Dworog
Erwin BÜRKLE
Hans Wobbe
Rainer Zimmet
Jochen Zwiesele
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Original Assignee
Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
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Publication date
Application filed by Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH filed Critical Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of EP1152852B1 publication Critical patent/EP1152852B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/30—Accessories for supplying molten metal, e.g. in rations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S164/00—Metal founding
    • Y10S164/90—Rheo-casting

Definitions

  • the invention relates to a device for producing Semi-finished and molded parts made of metallic material with a Extruder for producing a metal stream and the extruder Downstream facilities for shaping the semi-finished and Moldings.
  • a device of this type for die casting of moldings is from EP 0 080 787, in which a metallic material with dendritic properties, for example a magnesium alloy, brought into a thixotropic state in an extruder becomes.
  • the metallic material has a Muddy or mushy consistency and can be used in the extruder downstream shaping devices to metallic Molded parts are processed.
  • the processing of the metallic material (eg the magnesium alloy) in the extruder to a thixotropic mass takes place in the manner described in EP 0 080 787 in that the Material in granular form in a pre-heated hopper is entered, the granule particles adapted in size so are that they processed well by the screw of the extruder can be.
  • the heating of the granules takes place a temperature near or above the solidus temperature, wherein the Heating can take place before and / or in the extruder.
  • EP 0 080 787 device for generating consists of a solid-liquid thixotropic metal alloy a conveying channel between the screw flanks from the start of the screw until the end of the screw from a continuous helical Channel.
  • EP-A-761344 mentions an injection molding machine for Processing of metallic semi-finished products and molded parts.
  • the Device sees an extruder with a screw in front.
  • WO-86/06321 has become known the use of a screw system for an extruder with two screws for processing thermoplastic plastics.
  • the conveying principle of an extruder consists essentially of that the material to be conveyed on the cylinder wall of Extruder experiences friction and slides on the so-called screw base. When processing metallic material this is due to the high thermal conductivity
  • the invention is according to claim 1, the object of a device of mentioned type constructively and functionally improve so that always reproducible component qualities can be produced.
  • the extruder is a screw system comprising two or more intermeshing screws.
  • the processing takes place of the metallic material, for example, starting from the granules to the thixotropic solid-liquid or to the liquid Material, based on the axial length of the extruder, as far as possible in constant process steps and in constant promotion.
  • the negative consequences of temperature fluctuations and thus associated irregularities in the viscosity and the proportional composition of liquid material components are reduced to a negligible level.
  • Inductive heaters are very expensive.
  • Classical Heating strips are mounted on the circumference of the extruder barrel and tend at the high temperatures involved in processing of metallic melts, too strong oxidation as well to the scaling of the cylinder surface and thus to a Reduction of heat transfer between radiator and cylinder.
  • precautions must be taken with heating tapes These are in permanent contact with the cylinder surface to maintain sufficient heat transfer.
  • heating tapes Another disadvantage of heating tapes is the large distance between the outside of the extruder barrel mounted heating bands and the melt present in the interior of the cylinder in the required high heat flux densities and temperature gradients up to 200 ° C and more in operation.
  • heating cartridges which resistance heating elements in a usually cylindrical Enclosed arranged housing.
  • the heating cartridges can be in cross holes in the extruder cylinder jacket very close to the cylinder inner wall, for example above and below the double-cylindrical cavity of the Twin-screw extruders, to order. Leave the cross holes themselves hermetically sealed with airtight and heat resistant Seal the material so that it is protected against scaling are.
  • the extruder cylinder can significantly higher heat flux densities be achieved.
  • the outer surface of the extruder barrel can be when using the in the cylinder wall arranged heating cartridges also beyond essential isolate better against heat radiation.
  • the extruders equipped with the heating cartridges are made that their tie rods outside the insulation and so that they are arranged in a considerably cooler area. Thereby This can be much cheaper materials be used.
  • Electric drives for the worm are therefore preferred used, but also for the drive of Druckg fascikolbens leave electric drives instead of a hydraulic system use.
  • the continuous promotion of the bandwidth of the residence time reduces the materials to be conveyed in the extruder, resulting in a uniform grain size of the globulites in the structure the finished moldings or semi-finished products shows.
  • the extruder can be followed by one or more DruckgieBformen be that continuously or discontinuously over Multi-way switch and heated channels with metallic material are loadable.
  • This can be a clock reduction in production realize or it can be larger components, in particular also produce thin-walled, large-area components, with several Die casting units to be connected to a mold cavity can.
  • the page feed can be volumetric or gravimetric Dosing done.
  • the page feed takes place for the different materials in the appropriate for the respective material temperature and Functional zones. It can thus be pure metals, eg. Li, Mg, Ca, Al, Si, Zn, Mn, rare earth metals and the like to metal alloys merge, as well as master alloys, such as B. AlZn, fed to the extruder according to the invention become. Finally, this way too non-metallic materials, such as. B. reinforcing materials, Fillers, nucleating agents, processing aids and the like, incorporate into the solid-liquid or liquid metal stream, whereby the extruder according to the invention has the function of a machine for the production of alloys or composites Fulfills.
  • pure metals eg. Li, Mg, Ca, Al, Si, Zn, Mn, rare earth metals and the like to metal alloys merge, as well as master alloys, such as B. AlZn, fed to the extruder according to the invention become.
  • master alloys such as B. AlZn
  • the page feed can also be used by proposed aggregates, such as. Extruders, recycled, in particular, too be supplied with liquid materials.
  • components are therefore of consistent quality
  • Made of pure metal, metal alloys, or made homogeneously mixed with the metal or metal alloys non-metallic materials can exist.
  • the DruckgeGaggregaten are with a separate piston / cylinder unit equipped Druckgite, as for example from EP 0 080 787 are known.
  • Stepped piston which the cylinder space of Druckg bankzylinders in one with the extruder over a heated one Channel connected feed room and one with the mold cavity divided injection chamber connected. Between feeding area and injection space, a fluid connection is created which includes a non-return valve or a check valve, which a backflow of metallic material from the injection space counteracts in the feed room.
  • the stepped piston has on the side of the injection chamber, the larger Piston surface on and on the side of the Einspeisghimes the smaller, usually annular piston surface.
  • stepped piston Another advantage of the stepped piston is that the with relatively low pressure in the die cylinder entered material the stepped piston due to the adjusting Pressure difference between larger piston area and automatically resets lower annular piston area, whereby the attachment of multi-way switching valves between Extruder and die cylinder is obsolete. If necessary, can this can be hydraulically assisted. Finally, it turns out nor the advantage that the electricity generated by the extruder of metallic Material until injection into the mold cavity always is promoted in one direction only, which is especially true at the processing of material in the extruder via a Side feeding of long reinforcing fibers (eg carbon fibers) be incorporated.
  • long reinforcing fibers eg carbon fibers
  • the invention further relates to a method for Druckgie-Ben, Continuous casting or extrusion of metallic materials using an extruder and this downstream Units for molding semi-finished products and molded parts, in particular of the type described above.
  • the use of a Extruder with a screw system with two or more intermeshing Slugs allowed a controlled promotion of the metallic Material in the extrusion direction. This is especially true also for material in the solid-liquid thixotropic state and in the liquid state.
  • FIG. 1 shows in Figure 1 in a schematic representation of an extruder 1 of the twin-screw extruder type, in the extruder cylinder 2, two screws are mounted, of which in the area shown broken only the front screw 3 can be seen.
  • the screw 3 engages with its profile in the profile of the neighboring screw lying behind.
  • the top surface 4 of the screw threads of a screw 3 connects to the core surface 5 of the (not visible) neighboring screw.
  • the distance from the head diameter K 1 of a screw to the core diameter K 2 of the neighboring screw and the distance between the screw flanks to each other should be chosen so that when a metallic material to be processed with dendritic properties on the one hand, a desired shear stress can be generated, on the other hand, the liquefied Phase of the metallic material due to its lower viscosity can not flow uncontrollably through the gaps between the screw flanks, the top surfaces 4 and the core surfaces 5 and the top surfaces 4 and the inner wall 6 of the extruder cylinder 2.
  • the intermeshing screws form, in the case that they are driven in opposite directions, forward progressing closed chambers in which the material is forcibly transported.
  • the dendritic structures the solidifying phase transformed into globulitic particles, on the other hand, frictional heat is released.
  • the feed devices 9 to 12 can optionally insertion funnel, Dosing screws, stuffing devices, ribbon or roving feeders, Extruder (including the twin-screw extruder according to the invention) or injection units for liquids be.
  • the screw 3 is purely schematic is shown and over its length of course may well have a varying configuration.
  • a stepped piston 17 is reversible arranged, the cylinder space of the cylinder 16 in the feed space 15 and divided into the injection chamber 18.
  • the the Injection space 18 bounding piston surface 19 is larger than that the injection space 15 limiting annular piston surface 20th
  • a scrubströmsperre 21 of of the type, e.g. a check valve.
  • the backflow stop 21 blocks the fluid connection in the form of a through passage (not shown) in the stepped piston 17 from the injection chamber 18 to Einspeiseraum 15 and turns the passage passage in the reverse Direction freely throughout.
  • the mold cavity closes (not shown) leading heated channel 22, the can be closed with an actively controllable closure nozzle 23.
  • the stepped piston 17 is via a hydraulic piston-cylinder unit 24 of a hydraulic system 25 in the injection piston 16 in reversibly displaceable.
  • the generated in the extruder 1 thixotropic or liquid metallic material that with the various additional materials can be mixed over the first heated Passed channel 14 into the inlet 15 and passes through the Through-passage in the stepped piston 17 in the injection chamber 18, whose output is shut off by the closure nozzle 23.
  • the hydraulic piston / cylinder unit 24 is for the filling of the die cylinder 16th controlled so that the stepped piston 17 pushed back controlled can be and upon reaching the required capacity is stopped.
  • the filling process takes place at the extruder 1 generated low pressure level (eg 5 to 120 bar).
  • injection pressure eg 1500 - 2000 bar
  • the sealing of the feed space 15 opposite the atmosphere or in front of a hydraulic chamber of the hydraulic Piston-cylinder unit is due to the much lower Pressure levels no problem.
  • FIG 2 shows schematically a Druckg phonezylinder 30 as he alternatively to that shown in Figure 1 together with the invention Twin screw extruder 1 as part of a Forming device can be used.
  • the die-casting cylinder 30 has a hollow cylinder 32 in which an injection piston 34 is reversibly guided.
  • a feed port 40 which is adjacent to the piston surface 36 is disposed in a retracted dead position of the piston 34 is.
  • the feed / injection space fills up Side of the piston surface 36 of the piston 34th
  • the feed opening 40 ' is on front end of the feed / injection space 38, adjacent to a heated channel leading to the mold cavity 42.
  • the space 38 can be filled while the piston 34th in the retracted dead position or while the piston is 34 from a front dead position (dot-dashed line) in the withdrawn dead position (solid representation) is moved.
  • FIG. 3 shows a sectional view of the invention Twin-screw extruder 1 along line 3-3 in Figure 1, wherein However, a variant is shown here, instead of the Heating sleeves 13 another heater is selected.
  • the two screws 3 are in the figure 3 not shown. These are in the double-cylindrical Cavity 6 arranged, the space for two parallel next to each other lying, intermeshing snails 3 offers.
  • the cylinder 2 has here transverse to its longitudinal direction transverse bores 44, 45 disposed adjacent to the cavity 6 are.
  • heating cartridges 46, 47 arranged over due to their proximity to the double cylinder cavity 6 a very high heat flux to those in the extruder. 1 can be made to work on materials.
  • the transverse bores 44, 45 are after inserting the heating cartridges 46, 47 with an airtight and temperature insensitive Materialpfropfen 48, 49 closed by the only electrical leads 50, 51 must pass. Outside at Cylinder 1 can now be in a very simple way insulation 52 attach that consistently on the cylinder 2 with the same Thickness can be provided without this external Heating tapes would have to be considered.
  • the heating cartridges 46, 47 repeat over the length of the extruder cylinder 2 and let as the heating boots 13 an individual heating over the length of the extruder 1 too.
  • heating cartridges can be used in the transverse bores which protrude beyond the circumference of the extruder barrel, so that the transition area of the heating cartridges outside of the cylinder and the heated area inside the cylinder located.
  • the material plugs 48, 49 are dispensed with. The dismantling or maintenance is simplified here.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Halbzeugen und Formteilen aus metallischem Material mit einem Extruder zur Erzeugung eines Metallstromes und dem Extruder nachgeschalteten Einrichtungen zum Ausformen der Halbzeuge und Formteile.
Eine Vorrichtung dieser Art zum Druckgießen von Formteilen ist aus der EP 0 080 787 bekannt, bei der ein metallisches Material mit dendritischen Eigenschaften, beispielsweise eine Magnesiumlegierung, in einem Extruder in einen thixotropen Zustand gebracht wird. In diesem Zustand hat das metallische Material eine schlamm- oder breiartige Konsistenz und kann in den dem Extruder nachgeschalteten Formgebungseinrichtungen zu metallischen Formteilen verarbeitet werden.
Zur Formgebung oder Ausformen ist es aus der EP 0 080 787 bekannt, hierzu eine dem Extruder nachgeschaltete DruckgieBeinheit zu verwenden oder, ohne vorherige Verarbeitung des metallischen Materials in einem Extruder, dieses Material direkt in einer herkömmlichen Spritzgießmaschine zu verarbeiten. Die Verarbeitung in einer Spritzgießmaschine bleibt hier jedoch wegen der Überlagerung von Rotation und Translation der Spritzschnecke (reciprocating screw) und der damit in Vergleich zum Extruder (nur Rotation) erhöhten Probleme bei der Abdichtung außer Betracht.
Die Verarbeitung des metallischen Materials (z. B. der Magnesiumlegierung) im Extruder zu einer thixotropen Masse erfolgt in der in der EP 0 080 787 beschriebenen Weise dadurch, daß das Material in Granulatform in einen vorbeheizten Fülltrichter eingegeben wird, wobei die Granulatpartikel in der Größe so angepaßt sind, daß sie von der Schnecke des Extruders gut verarbeitet werden können. Die Aufheizung des Granulats erfolgt auf eine Temperatur nahe oder über der Solidustemperatur, wobei die Aufheizung vor und/oder im Extruder erfolgen kann.
In jedem Fall erfolgt im Extruder eine weitere Aufheizung des metallischen Materials durch von außen über den Schneckenzylinder wirkende Heizeinrichtungen und durch Reibungswärme (Scherbeanspruchung). Die Aufheizung im Extruder wird dabei so dosiert, daß die Temperatur des metallischen Materials unterhalb seiner Liquidustemperatur bleibt.
Durch die Einhaltung eines Temperaturbereiches zwischen Solidus- und Liquidustemperatur und durch die Scherbelastung wird im Extruder erreicht, daß dendritische Strukturen des metallischen Materials gebrochen werden und am Ausgang des Extruders eine fest-flüssige Metallegierung in einem thixotropen Zustand anfällt.
Bei dieser aus der EP 0 080 787 bekannten Vorrichtung zur Erzeugung einer fest-flüssigen thixotropen Metallegierung besteht ein Förderkanal zwischen den Schneckenflanken vom Schneckenanfang bis zum Schneckenende aus einem durchgängigen wendelförmigen Kanal.
Anlicherweise, erwähnt auch EP-A-761344 eine Spritzgießmaschine zur Verarbeitung metallischer Halbzeuge und Formteile. Die Vorrichtung sieht einen Extruder mit einer Schnecke vor. In weiteren ist aus WO-86/06321 bekannt geworden die Verwendung eines Schneckensystems für einen Extruder mit zwei Schnecken für die Verarbeitung thermoplastischer Kunstoffe.
Das Förderprinzip eines Extruders besteht im wesentlichen darin, daß das zu fördernde Material an der Zylinderwandung des Extruders Reibung erfährt und am sogenannten Schneckengrund abgleitet. Bei der Verarbeitung von metallischem Material stellt sich das aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit resultierende
Problem, daß sich an der Zylinderwandung ein Schmelzefilm aufbaut, der sehr niedrig viskos ist und der die Reibung des zu fördernden Materials an der Zylinderwand erheblich herabsetzt, was sich in einer drastischen Minderung der Förderleistung niederschlägt. Außerdem leidet darunter auch die Mischleistung in erheblichem Maße, wodurch ein sich aufbauender Temperaturgradient über den Querschnitt im Innenraum des Extruderzylinders von außen nach innen nicht wirksam abgebaut werden kann.
Als Folge dieser Gegebenheiten treten Inhomogenitäten zwischen festen und flüssigen Bestandteilen auf sowie eine sehr unzureichende Förderstabilität und ein sehr ungleichförmiger Druckaufbau. Daraus resultieren sich laufend verändernde Prozeßzustände, wodurch nicht reproduzierbare Bauteilqualitäten in Kauf genommen werden müssen.
Der Erfindung liegt gemäß Anspruch 1 die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art konstruktiv und funktionell so zu verbessern, daß stets reproduzierbare Bauteilqualitäten erzeugt werden können.
Die Erfindung ist definiert in den Ansprüchen 1 und 13.
Bevorzugte Ausfuhrungen sind den Ansprüchen 2-12 und 14-18 beschrieben.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung sieht vor, daß der Extruder ein Schneckensystem aus zwei oder mehreren kämmenden Schnecken aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die Verarbeitung des metallischen Materials, beispielsweise ausgehend vom Granulat bis zum thixotropen fest-flüssigen oder bis zum flüssigen Material, bezogen auf die axiale Länge des Extruders, weitestgehend in gleichbleibenden Prozeßschritten und in stetiger Förderung. Die negativen Folgen von Temperaturschwankungen und damit einhergehenden Unregelmäßigkeiten in der Viskosität und der anteilsmäßigen Zusammensetzung der flüssigen Materialbestandteile sind damit auf ein vernachlässigbares Maß reduziert.
Erstaunlicherweise läßt sich das zuvor für den Einschneckenextruder beschriebene Problem durch einen Extruder mit einem Schneckensystem mit zwei oder mehr kämmenden Schnecken beseitigen, obwohl zunächst auch bei diesem Extrudertyp mit den oben beschriebenen Problemen zu rechnen ist. Hier wirkt sich aber gegensteuernd ein Mechanismus überraschend in ausreichend großem Maße aus, durch den zu förderndes Material von einer Schnecke auf die benachbarte, kämmende Schnecke übertragen wird. Dadurch wird offensichtlich bei der Verarbeitung von metallischem Material ein ausreichend großer Misch- und Transporteffekt erzielt, der neben dem Abbau des Temperaturgradienten auch eine stetige Förderung des zu fördernden metallischen Material sicherstellt. Neben der erhöhten Mischleistung wird auch ein stabiles Einziehen von frischem Material in der Einzugszone des Extruders beobachtet.
Dies wirkt sich insbesondere positiv bei der Verarbeitung von Material in Granulat- oder Spanform aus, da dessen Schüttdichte von typischerweise ca. 0,5 bis 0,8 g/cm3 auf das Doppelte oder noch höhere Dichten von ca. 1,7 g/cm3 oder mehr des fest-flüssigen Materialstroms gebracht werden muß. Bei reduzierten Förderleistungen eines Extruders ist dies nur schwer wenn überhaupt möglich.
Herkömmlich werden Heizbänder oder induktiv arbeitende Heizvorrichtungen beim Verarbeiten metallischer Schmelzen zur Wärmeeinbringung verwendet.
Induktive Heizvorrichtungen sind allerdings sehr teuer. Klassische Heizbänder werden am Umfang des Extruderzylinders montiert und neigen bei den hohen Temperaturen, die bei der Verarbeitung von metallischen Schmelzen herrschen, zu starker Oxidation sowie zur Verzunderung der Zylinderoberfläche und damit zu einer Reduzierung des Wärmeübergangs zwischen Heizkörper und Zylinder. Außerdem müssen bei Heizbändern Vorkehrungen getroffen werden, um diese in dauerhafter Anlage an der Zylinderoberfläche zu halten, um einen ausreichenden Wärmeübergang zu erzielen.
Ein weiterer Nachteil von Heizbändern ist der große Abstand zwischen den außen am Extruderzylinder montierten Heizbändern und der im Inneren des Zylinders vorhandenen Schmelze bei den erforderlichen hohen Wärmestromdichten und Temperaturgradienten von bis zu 200 °C und mehr im Betrieb.
Sind die Verhältnisse beim Einschneckenextruder schon nicht eben günstig, wird bei Zwei- und Mehrschneckenextrudern das Wärmeeinbringungsverhältnis noch ungünstiger, da sich hier der räumliche Abstand von Zylinderaußenoberfläche zur Innenwandung unvermeidlich aufgrund der geometrischen Gegebenheiten vergrö-Bert.
Abhilfe schaffen hier erfindungsgemäße sogenannte Heizpatronen, welche Widerstandsheizelemente in einem üblicherweise zylindrischen Gehäuse angeordnet umfassen.
Die Heizpatronen lassen sich in Querbohrungen im Extruderzylindermantel sehr nahe an der Zylinderinnenwand, beispielsweise oberhalb und unterhalb des doppelzylindrischen Hohlraums des Zweischneckenextruders, anordnen. Die Querbohrungen selbst lassen sich hermetisch mit einem luftdichten und hitzebeständigen Material versiegeln, so daß diese gegen Verzunderung geschützt sind.
Aufgrund des geringeren Abstands zwischen Heizpatrone und Innenwandung des Extruderzylinders können wesentlich höhere Wärmestromdichten erzielt werden. Die Außenoberfläche des Extruderzylinders läßt sich bei Verwendung der in der Zylinderwandung angeordneten Heizpatronen darüber hinaus auch noch wesentlich besser gegen Wärmeabstrahlung isolieren.
Die mit den Heizpatronen bestückten Extruder sind so gefertigt, daß deren Zuganker außerhalb der Isolierung und damit in einem erheblich kühleren Bereich angeordnet sind. Dadurch können hierfür wesentlich kostengünstigere Werkstoffe verwendet werden.
Der Antrieb der Extruderschnecken ebenso wie der Antrieb der DruckgieBkolben wird häufig mittels hydraulischen Systemen bewerkstelligt.
Aufgrund der bei der Verarbeitung von Metallschmelzen auftretenden hohen Temperaturen besteht ein gewisses Sicherheitsrisiko im Hinblick auf die Brennbarkeit der Hydraulikflüssigkeiten.
Bevorzugt werden deshalb elektrische Antriebe für die Schnecke verwendet, aber auch für den Antrieb des Druckgießkolbens lassen sich elektrische Antriebe anstelle eines Hydrauliksystems verwenden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 13 lassen sich nun auch Granulatmaterialien mit ungleichförmiger Körnung verarbeiten und es erschließt sich insgesamt ein erheblich breiteres Spektrum an Ausgangsmaterialien, wodurch auf kostengünstigere Ausgangsmaterialien zurückgegriffen werden kann.
Ferner wird durch die stetige Förderung die Bandbreite der Verweilzeit der zu fördernden Materialien im Extruder vermindert, was sich in einer gleichmäßigen Korngröße der Globuliten im Gefüge der fertigen Formteile oder Halbzeuge zeigt.
Die zuvor beschriebenen Effekte ergeben sich bereits bei gleichsinnig drehenden Schnecken. Verstärken läßt sich der positive Effekt durch dichtkämmende Schnecken.
Alternativ lassen sich auch gegensinnig drehende Schnecken verwenden, wobei hier dann eine zwangsweise Förderung realisiert werden kann.
Dem Extruder können eine oder mehrere DruckgieBformen nachgeordnet sein, die kontinuierlich oder diskontinuierlich über Mehrwegeschalter und beheizte Kanäle mit metallischem Material beschickbar sind.
Damit läßt sich eine Taktverkürzung in der Produktion realisieren oder aber es lassen sich größere Bauteile, insbesondere auch dünnwandige, großflächige Bauteile herstellen, wobei mehrere Druckgießeinheiten mit einer Formkavität verbunden sein können.
Aufgrund der im Extruder stets gleichförmig ablaufenden und kontrollierbaren Prozeßzustände ist dieser auch zur Seiteneinspeisung unterschiedlicher metallischer und nichtmetallischer Materialien, insbesondere auch Verstärkungskomponenten wie z. B. Fasern, besonders gut geeignet.
Die Seiteneinspeisung kann mit volumetrischer oder gravimetrischer Dosierung erfolgen.
Die Seiteneinspeisung erfolgt für die verschiedenen Materialien in den für das jeweilige Material geeigneten Temperatur- und Funktionszonen. Es lassen sich somit reine Metalle, z. B. Li, Mg, Ca, Al, Si, Zn, Mn, Seltenerdmetalle und dergleichen zu Metallegierungen zusammenführen, desgleichen können auch Vorlegierungen, wie z. B. AlZn, dem erfindungsgemäßen Extruder zugeführt werden. Schließlich lassen sich auf diese Weise auch nichtmetallische Materialien, wie z. B. Verstärkungsstoffe, Füllstoffe, Keimbildner, Verarbeitungshilfen und dergleichen, in den fest-flüssigen oder flüssigen Metallstrom einarbeiten, wodurch der erfindungsgemäße Extruder die Funktion einer Maschine zur Herstellung von Legierungen oder Verbundwerkstoffen erfüllt.
Über die Seiteneinspeisung können auch von vorgeschlagenen Aggregaten, wie z.B. Extrudern, aufbereitete, insbesondere auch flüssige Materialien zugeführt werden.
Grundsätzlich sind somit Bauteile gleichbleibender Qualität herstellbar, die aus reinem Metall, Metallegierungen, oder aus mit dem Metall oder den Metallegierungen homogen vermengten nichtmetallischen Materialien bestehen können.
Die dem Extruder nachgeschalteten Einrichtungen zum Ausformen der Halbzeuge und Formteile können aus einer großen Auswahl selektiert werden. Um nur einige der wichtigsten zu nennen:
  • Druckgießaggregate
  • Stranggieß- und Strangpressaggregate.
Bei den DruckgieBaggregaten sind mit einer separaten Kolben/Zylindereinheit ausgestattete Druckgießaggregate, wie sie beispielsweise aus der EP 0 080 787 bekannt sind, zu nennen.
Hierbei sind als mögliche Typen zu unterscheiden:
  • Kolben/Zylinderaggregate, welche vor der Kolbenfläche befüllt werden, wobei der Kolben zu Beginn der Befüllung bei einer Variante in der zurückgezogenen Position verharrt und die Befüllung entweder direkt vor dem Kolben oder von diesem entfernt in Richtung zum Zylinderausgang stattfindet; bei einer alternativen Variante wird am Zylinderausgang befüllt und der Kolben während der Befüllung zurückgefahren/zurückgedrängt und in einer weiteren Variante wird der Zylinderraum vor dem Kolben in Zylinderauslaßkanal befüllt und der Kolben aus der vorderen Totposition mit dem einströmenden metallischen Material in die zurückgezogene Position bewegt.
Eine davon grundsätzlich verschiedene Variante stellt ein sogenannter Stufenkolben dar, welcher den Zylinderraum des Druckgießzylinders in einen mit dem Extruder über einen beheizten Kanal verbundenen Einspeiseraum und einen mit der Formkavität verbundenen Einspritzraum unterteilt. Zwischen Einspeiseraum und Einspritzraum wird eine Fluidverbindung geschaffen, welche eine Rückströmsperre bzw. ein Rückschlagventil beinhaltet, welche einem Zurückfließen von metallischem Material von dem Einspritzraum in den Einspeiseraum entgegenwirkt.
Der Stufenkolben weist auf Seiten des Einspritzraums die größere Kolbenfläche auf und auf Seiten des Einspeiseraumes die kleinere, üblicherweise ringförmige Kolbenfläche.
Mit dem Stufenkolben kann das vom Extruder in den Einspeiseraum mit einem Druck von z. B. kleiner 120 bar eingespeiste thixotrope metallische Material auf Einspritzdruck von z. B. 500 bar und mehr, insbesondere 1000 - 2000 bar gebracht werden, wobei Leckageverluste keinerlei Rolle spielen, da die vom Einspritzraum in den Einspeiseraum gelangenden Leckagemengen beim nächsten Einspritzhub wieder in den Einspritzraum zurückgefördert werden.
Ein weiterer Vorteil des Stufenkolbens besteht darin, daß das mit verhältnismäßig geringem Druck in den Druckgießzylinder eingegebene Material den Stufenkolben aufgrund der sich einstellenden Druckdifferenz zwischen größerer Kolbenfläche und geringerer ringförmiger Kolbenfläche selbsttätig zurückstellt, wodurch sich die Anbringung von Mehrwegschaltventilen zwischen Extruder und Druckgießzylinder erübrigt. Gegebenenfalls kann dies hydraulisch unterstützt werden. Schließlich ergibt sich noch der Vorteil, daß der vom Extruder erzeugte Strom an metallischem Material bis zur Einspritzung in die Formkavität immer nur in einer Richtung gefördert wird, was sich insbesondere bei der Verarbeitung von Material eignet, dem im Extruder über eine Seiteneinspeisung lange Verstärkungsfasern (z. B. Kohlefasern) eingearbeitet werden.
Die Erfindung betrifft im weiteren ein Verfahren zum Druckgie-Ben, Stranggießen oder Strangpressen von metallischen Materialien unter Verwendung eines Extruders und diesem nachgeschalteten Einheiten zum Ausformen von Halbzeugen und Formteilen, insbesondere von der zuvor beschriebenen Art. Die Verwendung eines Extruders mit einem Schneckensystem mit zwei oder mehreren kämmenden Schnecken erlaubt eine kontrollierte Förderung des metallischen Materials in Extrusionsrichtung. Dies gilt insbesondere auch für Material im fest-flüssigen thixotropen Zustand und im flüssigen Zustand.
Durch die kontrollierte Förderung oder auch zwangsweise Förderung werden Unstetigkeiten in der Aufarbeitung des metallischen Materials vermieden, was erheblich zu einer verbesserten Konstanz der Bauteilqualität der im Druckgießverfahren hergestellten metallischen Bauteile beiträgt.
Die erfindungsgemäße Aufarbeitung des metallischen Materials und dessen kontrollierte bzw. zwangsweise Förderung im Extruder erlaubt nun die Seiteneinspeisung weiterer Komponenten, beispielsweise Legierungskomponenten bei der Herstellung von Legierungen, Verstärkungskomponenten bei der Herstellung von metallischen Verbundwerkstoffen oder anderen Zuschlagstoffen zur Modifizierung des metallischen Materials in besonders einfacher und definierter Weise.
Insbesondere stellt die kontrollierte bzw. zwangsweise Förderung im Extruder eine große Homogenität des erzeugten metallischen Materials sicher.
In einer Reihe von Fällen bietet sich aber auch an, bei oder oberhalb der Liquidustemperatur zu arbeiten, insbesondere in einem Bereich ca. 5 °C bis 10 °C oberhalb Liquidus.
Das Arbeiten oberhalb Liquidus ist bei manchen Anwendungsfällen empfehlenswert, da hier der Mischvorgang weiter unterstützt wird und dies insbesondere das Benetzen eingespeister Fasern fördert.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen im einzelnen:
Figur 1
eine schematische, teilweise aufgebrochene Darstellung eines erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruders;
Figur 2
eine schematisch Darstellung verschiedener Ausführungsformen dem Extruder aus Figur 1 nachzuordnenden Druckgießaggregate; und
Figur 3
eine Schnittansicht durch den Extruder der Figur 1 längs Linie 3 - 3.
Die Zeichnung zeigt in Figur 1 in schematischer Darstellung einen Extruder 1 vom Typ eines Doppelschneckenextruders, in dessen Extruderzylinder 2 zwei Schnecken gelagert sind, von denen in dem aufgebrochen dargestellten Bereich nur die vordere Schnecke 3 zu sehen ist. Die Schnecke 3 greift mit ihrem Profil in das Profil der dahinter liegenden Nachbarschnecke. Dabei schließt die Kopffläche 4 der Schneckengänge der einen Schnecke 3 an die Kernfläche 5 der (nicht sichtbaren) Nachbarschnecke an. Der Abstand vom Kopfdurchmesser K1 der einen Schnecke zum Kerndurchmesser K2 der Nachbarschnecke sowie der Abstand der Schneckenflanken zueinander sind so zu wählen, daß bei einem zu verarbeitenden metallischen Material mit dendritischen Eigenschaften zum einen eine gewünschte Scherbelastung erzeugt werden kann, zum anderen aber die verflüssigte Phase des metallischen Materials aufgrund seiner niedrigeren Viskosität nicht unkontrolliert durch die Spalte zwischen den Schneckenflanken, den Kopfflächen 4 und den Kernflächen 5 sowie den Kopfflächen 4 und der Innenwandung 6 des Extruderzylinders 2 strömen kann. Die kämmenden Schnecken bilden, im Falle, daß diese gegensinnig angetrieben werden, nach vorn fortschreitende abgeschlossene Kammern, in denen das Material zwangsweise transportiert wird.
Mit dem Schervorgang werden zum einen die dendritischen Strukturen der erstarrenden Phase in globulitische Partikel gewandelt, zum anderen wird damit Reibungswärme freigesetzt.
Anschließend an den Bereich des Fülltrichters 7 zur Beschickung des Extruders 1 mit metallischem Material, beispielsweise in Granulat-, Span- oder Pulverform, befindet sich das Antriebsaggregat 8 für die Schnecken 3. Zwischen Antriebsaggregat und Zylinder sowie Schnecke werden Wärmeentkopplungen (nicht dargestellt) angeordnet.
Anschließend an den Fülltrichter 7 befinden sich eine Reihe von Einspeisevorrichtungen 9 bis 12 durch die Zusatzmaterialien an den Prozeß- und Temperaturstufen in den Extruder 1 eingegeben werden können, die für das jeweilige Eingabematerial geeignet sind. Über jeweils im Halbschnitt dargestellte Heizmanschetten 13 wird thermische Energie von außen in den Extruder 1 eingebracht.
Die Einspeisevorrichtungen 9 bis 12 können wahlweise Einführtrichter, Dosierschnecken, Stopfvorrichtungen, Band- oder Rovingzuführungen, Extruder (inklusive der erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruder) oder Injektionsaggregate für Flüssigkeiten sein.
Bevorzugt werden die Einspeiseeinrichtungen 9 bis 12 mit einem Inertgas als Schutzgas beaufschlagt.
An dieser Stelle sei betont, daß die Schnecke 3 rein schematisch dargestellt ist und über ihre Länge selbstverständlich durchaus eine variierende Konfiguration aufweisen kann. Insbesondere gegenüberliegend zu den Einspeiseeinrichtungen 9 bis 12 werden die korrespondierenden Schneckenabschnitte an die jeweilige Funktion der Schnecke angepaßt sein.
Das im Extruder 1 erzeugte fest-flüssige, metallische, thixotrope Material, das mit den verschiedensten Zusatzmaterialien gemischt sein kann, wird über einen ersten beheizten Kanal 14 in den Einspeiseraum 15 eines Druckgießzylinders 16 geleitet. Im Druckgießzylinder 16 ist ein Stufenkolben 17 reversierbar angeordnet, der den Zylinderraum des Zylinders 16 in den Einspeiseraum 15 und in den Einspritzraum 18 unterteilt. Die den Einspritzraum 18 begrenzende Kolbenfläche 19 ist größer als die den Einspritzraum 15 begrenzende ringförmige Kolbenfläche 20. Im Stufenkolben 17 befindet sich eine Rückströmsperre 21 von der Bauart, wie z.B. ein Rückschlagventil. Die Rückstromsperre 21 sperrt die Fluidverbindung in Form einer Durchgangspassage (nicht dargestellt) im Stufenkolben 17 vom Einspritzraum 18 zum Einspeiseraum 15 und schaltet die Durchgangspassage in umgekehrter Richtung frei durchgängig.
An den Einspritzraum 18 schließt sich ein zweiter, zur Formkavität (nicht dargestellt) führender beheizter Kanal 22 an, der mit einer aktiv steuerbaren Verschlußdüse 23 verschließbar ist.
Der Stufenkolben 17 ist über eine hydraulische Kolben-Zylindereinheit 24 eines Hydrauliksystems 25 im Einspritzkolben 16 in reversierender Weise verschiebbar.
Im Betrieb wird das im Extruder 1 erzeugte thixotrope oder auch flüssige metallische Material, das mit den verschiedenen Zusatzmaterialien gemischt sein kann, über den ersten beheizten Kanal 14 in den Einspeiseraum 15 geleitet und gelangt über die Durchgangspassage im Stufenkolben 17 in den Einspritzraum 18, dessen Ausgang durch die Verschlußdüse 23 abgesperrt ist. Aufgrund des Flächenverhältnisses von größerer Kolbenfläche 19 zu kleinerer ringförmiger Kolbenfläche 20 wirkt der Stufenkolben 17 als Differenzdruckkolben und stellt sich selbsttätig zurück, bis die für den anschließenden Spritzvorgang erforderliche Materialmenge eingefüllt ist. Die hydraulische Kolben/Zylindereinheit 24 wird für den Füllvorgang des Druckgießzylinders 16 so angesteuert, daß der Stufenkolben 17 kontrolliert zurückgeschoben werden kann und bei Erreichen der erforderlichen Füllmenge gestoppt wird. Der Füllvorgang erfolgt bei dem vom Extruder 1 erzeugten niedrigen Druckniveau (z. B. 5 bis 120 bar).
Beim anschließenden Einspritzvorgang wird der Stufenkolben 17 von der hydraulischen Kolben-Zylindereinheit 24 vorgeschoben, wobei sich die Rückströmsperre 21 schließt und im Einspritzraum 18 eine Drucküberhöhung auf Einspritzdruck (z. B. 1500 - 2000 bar) stattfindet. Über das geöffnete Verschlußventil 23 und den zweiten beheizten Kanal 22 gelangt das thixotrope oder gegebenenfalls flüssige metallische Material in die Formkavität. Bei dem hohen Einspritzdruck vorkommende Leckagen spielen keine Rolle, da die Leckagemengen nur in den Einspeiseraum 15 gelangen können, von wo aus sie wieder in den Einspritzraum 18 gefördert werden. Die Abdichtung des Einspeiseraumes 15 gegenüber der Atmosphäre oder gegenüber einem Hydraulikraum der hydraulischen Kolben-Zylindereinheit stellt aufgrund des wesentlich geringeren Druckniveaus kein Problem dar.
In der Zeichnung der Figur 1 ist lediglich ein Druckgießzylinder 16 dargestellt, es können jedoch zwei oder mehrere wechselweise oder parallel zu befüllende Zylinder vorgesehen werden. Diese Zylinder können dabei lediglich über einen verzweigten ersten beheizten Kanal versorgt werden. Die Anordnung von Mehrwegeschaltventilen ist dabei nicht unbedingt erforderlich, da die Befüllung der Druckgießzylinder jeweils über die Ansteuerung der zugehörigen hydraulischen Kolben-Zylindereinheit erfolgt.
Figur 2 zeigt schematisch einen Druckgießzylinder 30 wie er alternativ zu dem in Figur 1 gezeigten zusammen mit dem erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruder 1 als Bestandteil einer Ausformeinrichtung verwendet werden kann. Der Druckgießzylinder 30 weist einen Hohlzylinder 32 auf, in dem ein Einspritzkolben 34 reversierbar geführt ist.
Im Gegensatz zu dem in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Druckgießzylinder weist der DruckgieBzylinder 30 keinen getrennten Einspeise- und Einspritzraum auf, sondern diese beiden Räume fallen hier zusammen in einen Raum 38 vor der Kolbenfläche 36.
In einer ersten Variante des Druckgießzylinders 30 weist dieser eine Einspeiseöffnung 40 auf, welche benachbart zur Kolbenfläche 36 in einer zurückgezogenen Totposition des Kolbens 34 angeordnet ist. Hier füllt sich der Einspeise/Einspritzraum von Seiten der Kolbenfläche 36 des Kolbens 34.
Bei einer weiteren Variante ist die Einspeiseöffnung 40' am vorderen Ende des Einspeise/Einspritzraums 38 angeordnet, benachbart zu einem zu der Formkavität führenden beheizten Kanal 42. Hier kann der Raum 38 befüllt werden solange der Kolben 34 in der zurückgezogene Totposition steht oder während der Kolben 34 von einer vorderen Totposition (strichpunktierte Darstellung) in die zurückgezogene Totposition (durchgezogene Darstellung) bewegt wird.
Bei einer dritten Variante wird die Einspeiseöffnung 40" schließlich an dem zu der Formkavität führenden beheizten Kanal 42, benachbart zum vorderen Ende des Zylinder 32 vorgesehen. Auch hier bestehen die in Zusammenhang mit der vorhergehenden Variante beschriebenen Möglichkeiten der Befüllung des Einspeise/Einspritzraums 38.
Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruders 1 längs Linie 3-3 in Figur 1, wobei allerdings hier eine Variante gezeigt ist, bei der statt den Heizmanschetten 13 eine andere Heizvorrichtung gewählt wird.
Der Einfachheit halber sind die beiden Schnecken 3 in der Figur 3 nicht dargestellt. Diese sind in dem doppelzylindrischen Hohlraum 6 angeordnet, der Platz für zwei parallel nebeneinander liegende, miteinander kämmende Schnecken 3 bietet.
Der Zylinder 2 weist hier quer zu seiner Längsrichtung Querbohrungen 44, 45 auf, welche benachbart zu dem Hohlraum 6 angeordnet sind.
In den zylindrischen Bohrungen 44, 45 sind Heizpatronen 46, 47 angeordnet, über die aufgrund ihrer Nähe zum Doppelzylinderhohlraum 6 ein sehr hoher Wärmefluss zu den in dem Extruder 1 zu bearbeitenden Materialien hergestellt werden kann.
Die Querbohrungen 44, 45 werden nach dem Einsetzen der Heizpatronen 46, 47 mit einem luftdichten und temperaturunempfindlichen Materialpfropfen 48, 49 verschlossen, durch den lediglich elektrische Zuleitungen 50, 51 hindurchreichen müssen. Außen am Zylinder 1 lässt sich nun in sehr einfacher Weise eine Isolierung 52 anbringen, die durchgängig am Zylinder 2 mit gleicher Dicke vorgesehen werden kann, ohne dass hierbei außenliegende Heizbänder berücksichtigt werden müssten. Die Heizpatronen 46, 47 wiederholen sich über die Länge des Extruderzylinders 2 und lassen wie die Heizmanschetten 13 eine individuelle Heizung über die Länge des Extruders 1 zu.
Alternativ können Heizpatronen in den Querbohrungen verwendet werden, welche über den Umfang des Extruderzylinders herausstehen, so daß sich der Übergangsbereich der Heizpatronen außerhalb des Zylinders und der beheizte Bereich im Inneren des Zylinders befindet. In einem solchen Fall kann gegebenenfalls auf die Materialpfropfen 48, 49 verzichtet werden. Die Demontage bzw. Wartung wird hierbei vereinfacht.
Aufgrund der Wärmeeintragung in den Hohlraum des Extruders benachbart zu demselben und der besseren Isoliermöglichkeit sind Zuganker für den Extruder außerhalb der Isolierung 52 vorgesehen und diese erfahren weit geringere Temperaturen als bei den im Stand der Technik üblichen Extrudern. Dadurch können diese Zuganker aus einem kostengünstigeren Material gefertigt werden, da sie weit weniger Temperaturbelastungen ausgesetzt sind.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zum Herstellen von Halbzeugen und Formteilen aus metallischem Material, mit einem Extruder (1) zur Erzeugung eines Metallstromes und dem Extruder nachgeschaltenen Einrichtungen zum Ausformen der Halbzeuge und Formteile, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder (1) ein Schneckensystem aus zwei oder mehreren kämmenden Schnecken (3) aufweist
    daß die Schnecken (3) des Schneckensystems dicht kämmende Schnecken sind, und daß der Extruder Zuganker umfaßt, welche; außerhalb einer um den Zylinder des Extruders angeordneten Isolierschicht (52) angeordnet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (3) des Schneckensystems gleichsinnig drehend sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (3) des Schneckensystems gegensinnig drehend sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Extruder (1) eine oder mehrere Formkavitäten nachgeordnet sind, die kontinuierlich oder diskontinuierlich mit metallischem Material beschickbar sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder (1) Einrichtungen (9 bis 12) zur Seiteneinspeisung von Materialien aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Extruder (1) ein oder mehrere Druckgießzylinder (16) nachgeschaltet sind, die über einen oder mehrere Mehrwegeschalter und beheizte Kanäle (14) mit dem Metallstrom befüllbar sind und über die in eine oder mehrere Formkavitäten Teilmengen von metallischem Material unter hohem Druck zyklusweise befüllbar sind.
  7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgießzylinder (16, 32) über den Einspritzraum (18, 38) befüllt wird.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgießzylinder befüllbar ist während der Kolben aus der vorderen Totposition in eine zurückgezogene Position bewegt wird.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgießzylinder über den Einspritzkanal (42) befüllbar ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Extruder (1) ein oder mehrere Druckgießzylinder (16) nachgeschaltet sind, deren Einspritzkolben jeweils aus einem Stufenkolben (17) besteht, der den Zylinderraum des Druckgießzylinders (16) in einen Einspritzraum (18) und in einen Einspeiseraum (15) unterteilt, wobei der Einspeiseraum (15) mit dem Extruderausgang über einen beheizten Kanal (14) direkt in Verbindung steht und der Einspritzraum (18) mit einer oder mehreren Druckgießformen in Verbindung steht, wobei eine Fluidverbindung zwischen Einspeiseraum und Einspritzraum mit einer Rückströmsperre (21) vorhanden ist, die die Fluidverbindung vom Einspritzraum (18) zum Einspeiseraum (15) sperrt und in umgekehrter Richtung durchgängig schaltet und wobei die den Einspritzraum (18) begrenzende Kolbenfläche (19) des Stufenkolbens (17) größer ist als die den Einspeiseraum (15) begrenzende, vorzugsweise ringförmige Kolbenfläche (20).
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen Gießwerkzeug und Einspritzraum eine steuerbare Verschlußdüse (23) angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung des Extruders Heizpatronen (46, 47) in Querbohrungen (44, 45) in der Zylinderwand angeordnet sind.
  13. Verfahren zum Druckgießen, Stranggießen und Strangpressen von metallischen Materialien unter Verwendung eines Extruders und diesem nachgeschalteten Ausformeinheiten, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, daß als Extruder ein Extruder mit einem zwei oder mehrere kämmende Schnecken umfassenden Schneckensystem verwendet wird und der Strom des metallischen Materials in Extrusionsrichtung kontrolliert gefördert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem metallischen Material über Seiteneinspeiseeinrichtungen (9-12) des Extruders weitere Komponenten zugeführt und in dieses eingemischt werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als eine der Seiteneinspeiseeinrichtungen ein Extruder verwendet wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Komponenten ausgewählt sind aus metallischen Legierungskomponenten, Verstärkungsfasern und Zuschlagstoffen.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Material auf eine Temperatur zwischen der Solidustemperatur und der Liquidustemperatur erwärmt wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Material auf eine Temperatur erwärmt wird, die ca. 5 °C bis 10 °C oberhalb der Liquidustemperatur liegt.
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