EP4347154A1 - GIEßVORRICHTUNG ZUM GIEßEN EINER SCHMELZE, SOWIE EIN VERFAHREN ZUM GIEßEN EINER SCHMELZE - Google Patents

GIEßVORRICHTUNG ZUM GIEßEN EINER SCHMELZE, SOWIE EIN VERFAHREN ZUM GIEßEN EINER SCHMELZE

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Publication number
EP4347154A1
EP4347154A1 EP22727243.2A EP22727243A EP4347154A1 EP 4347154 A1 EP4347154 A1 EP 4347154A1 EP 22727243 A EP22727243 A EP 22727243A EP 4347154 A1 EP4347154 A1 EP 4347154A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
melt
flow connection
electrode
casting device
connection element
Prior art date
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Granted
Application number
EP22727243.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4347154C0 (de
EP4347154B1 (de
Inventor
Jürgen ILLK
Edmundo OLIVEIRA
Christian PUMBERGER
Markus SCHEIKL
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.)
Fill GmbH
Original Assignee
Fill GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Fill GmbH filed Critical Fill GmbH
Publication of EP4347154A1 publication Critical patent/EP4347154A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4347154C0 publication Critical patent/EP4347154C0/de
Publication of EP4347154B1 publication Critical patent/EP4347154B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/08—Controlling, supervising, e.g. for safety reasons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D39/00—Equipment for supplying molten metal in rations
    • B22D39/003—Equipment for supplying molten metal in rations using electromagnetic field
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/001—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of specific alloys
    • B22D11/003—Aluminium alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould

Definitions

  • the invention relates to a casting device for casting a melt and a method for casting a melt.
  • An electromagnetic pump for conveying a melt between a melting furnace and a casting mold is known from EP1097013B1.
  • EP1097013B1 has the disadvantage that the electromagnetic pump is poorly effective, particularly in the case of paramagnetic materials such as aluminum.
  • the object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a method and a device by means of which paramagnetic materials can also be conveyed.
  • a casting device is designed for casting a melt of a metallic material, the casting device having a flow connection element for guiding the melt.
  • a first electrode and a second electrode are arranged on the flow connection element, with the first electrode having a first melt contact surface and the second electrode having a second melt contact surface, with the melt contact surfaces being designed for contacting the melt guided in the flow connection element when the electrodes are installed.
  • a magnetic element is arranged on the flow connection element, which is designed to apply a magnetic field to the area of the melt to which current is applied.
  • the casting device according to the invention has the advantage that it can improve the quality of the casting process.
  • the magnetic element is designed as an electromagnet.
  • An electromagnet has the advantage that the magnetic field can be applied selectively. 2
  • At least one first heating element is arranged in the area of the first electrode and at least one second heating element is arranged in the area of the second electrode.
  • This has the advantage that excessive cooling of the melt in the area of the electrodes can be prevented by the heating elements, as a result of which solidification and/or cooling of the melt in the area of the electrodes can be prevented.
  • This can be necessary in particular if a material which has a high thermal conductivity is used for the electrodes. Especially with such a configuration, heat is quickly dissipated from the melt, resulting in the risk of local solidification and/or cooling of the melt in the area of the electrodes.
  • the melt can be kept at a certain melt level in the riser tube between individual casting processes, in particular during the removal of a cast workpiece, without the melt flowing in the riser tube.
  • the measures according to the invention make it possible to ensure that the melt does not solidify in the area of the electrodes.
  • the first heating element and the second heating element are each in the form of a resistance heating element, in particular with a ceramic heating conductor.
  • a heating element designed in this way can be easily heated if required, and moreover a sufficiently high temperature for heating the electrodes can be reached.
  • resistance heating elements with a ceramic heating element can quickly be heated to a high temperature.
  • two of the first heating elements are arranged on opposite sides of the cross section of the first electrode. This has the advantage that the electrode can be heated uniformly and/or more quickly over its cross section.
  • the first electrode has a rectangular cross section and that two of the first heating elements are arranged on opposite sides of the cross section of the first electrode. This has the advantage that the electrode can be heated evenly over its cross section. Provision can also be made for the heating elements to be dimensioned in such a way that if one of the two heating elements fails, the second of the heating elements can still generate sufficient thermal energy to maintain the required temperature.
  • a failure of one of the heating elements is detected by a machine controller and that the remaining heating element or elements are/are automatically heated beyond normal operation in order to compensate for the failure of one of the heating elements.
  • the failure of one of the heating elements can be detected, for example, by the lack of power consumption.
  • one of the first heating elements is arranged on all four sides of the rectangular cross section of the first electrode. This has the advantage that the electrode can be heated evenly across its cross section.
  • the electrodes it is possible for the electrodes to have a graphite material in a first region of the melt contact surfaces.
  • a graphite material has the advantage that it does not oxidize when it comes into contact with an aluminum melt.
  • a graphite material is a good electrical conductor.
  • a graphite material has a high temperature resistance.
  • the electrodes have an electrically conductive ceramic material in a first region of the melt contact surfaces.
  • a ceramic material has the advantage that it is surprisingly well suited to contacting the melt in the intended application.
  • the ceramic material has a high resistance to deformation, wear and chemical corrosion.
  • the ceramic is produced as a sintered component.
  • the electrodes have a material made of zirconium carbide in a first region of the melt contact surfaces.
  • Zirconium carbide is a compound with high chemical variability in the Zr-C ratio.
  • Zirconium carbide exists in a composition range from ZrCl.0 to approx. ZrC0.6. The electrical properties still remain largely stable.
  • Zirconium carbide differs from other materials in that it is thermally, chemically and mechanically stable up to extremely high temperatures of 2500 °C.
  • the electrodes have an austenitic material in a second region facing away from the melt contact surfaces.
  • This has the advantage that an austenitic material has good electrical conductivity with sufficient temperature resistance.
  • This brings with it the further advantage that the magnetic field is least influenced by an austenitic material. Ferritic materials would deflect the magnetic field.
  • the heating elements are each arranged in the second area of the electrodes.
  • bores are formed in the second region of the first electrode, in which rod-shaped first heating elements are arranged.
  • the use of rod-shaped heating elements inserted into the bores has the advantage that the electrode can be heated evenly and from the inside out.
  • good heat transfer into the electrode can be achieved by using the rod-shaped heating elements in the second area of the first electrode.
  • the bores for the rod-shaped heating elements are introduced into the second region of the electrode, starting from the interface between the first region of the electrode and the second region of the electrode.
  • the heating elements are designed in the form of flat heaters, which can have a rectangular cross section.
  • the magnetic element comprises a first coil and a second coil, which are arranged on two diametrically opposite sides of the cross section of the flow connection element.
  • the magnetic element comprises a magnetic core, in particular an iron core, which is C-shaped and is arranged in the area of the flow connection element in such a way that the flow connection element is located between a first open end of the magnetic core and a second open end of the magnetic core, wherein the first coil surrounds the first open end of the magnetic core and the second coil surrounds the second open end of the magnetic core.
  • the flow connection elements are formed, which are arranged evenly distributed around a center, with individual magnetic core segments being arranged between the flow connection elements, with a magnetic core segment at a first longitudinal end facing a first of the flow connection elements and at a second longitudinal end facing a second of the flow connecting elements, the first longitudinal end of the magnetic core segment being surrounded by a first of the individual coils and the second longitudinal end of the magnetic core segment being surrounded by a second of the individual coils.
  • This arrangement of the magnetic core segments can be distributed in the same way around the circumference. With such a structure, it is conceivable that two flow connection elements, three flow connection elements, four flow connection elements, five flow connection elements or a higher number of flow connection elements are distributed evenly around the circumference.
  • the individual coils are all supplied with current together in order to generate a magnetic field.
  • the individual coils can be supplied with current selectively and independently of one another in order to generate a magnetic field. This has the advantage that the magnetic field can be formed with different strengths across the air gap.
  • the magnetic element comprises a plurality of individual coils which are arranged in an evenly distributed manner around the cross section of the flow connection element, with magnetic core segments between the individual coils. elements are arranged, with a magnetic core segment being surrounded at a first longitudinal end by a first of the individual coils and at a second longitudinal end by a second one of the individual coils.
  • Such a configuration has the advantage that an increased effect of the magnetic field can be achieved.
  • a cooling device is formed in the area of the coils. This brings with it the advantage that overheating of the coils can be prevented by this measure.
  • a first recess is formed in the flow connection element, which serves to accommodate the first electrode.
  • a second recess can be formed, which serves to accommodate the second electrode.
  • the first electrode forms a loose fit with the first recess, so that the first electrode closes the first recess when it is inserted into the first recess.
  • the second electrode forms a loose fit with the second recess, so that the second electrode closes the second recess when it is inserted into the second recess.
  • a first positioning element is formed on the first electrode, which is used for positive positioning of the first electrode in the flow connection element.
  • the first positioning element is used for axial positioning and thus for determining the position of the first melt contact surface.
  • the first positioning element is designed in the form of a step, the first electrode being pushed into the flow connection element until the step comes to rest on a contact surface of the flow connection element. Furthermore, it can be provided that the first electrode is inserted into the flow connection element by means of a first pressing element is pressed in so that the paragraph is pressed against the contact surface of the flow connection element. In particular, it can be provided that the first pressing element is designed in the form of a spring element.
  • a second positioning element is formed on the second electrode, which is used for positive positioning of the second electrode in the flow connection element.
  • the second positioning element is used for axial positioning and thus for determining the position of the first melt contact surface.
  • the second positioning element is designed in the form of a step, the second electrode being pushed into the flow connection element until the step comes to rest on a contact surface of the flow connection element. Furthermore, it can be provided that the second electrode is pressed into the flow connection element by means of a second pressing element, so that the shoulder is pressed against the contact surface of the flow connection element. In particular, it can be provided that the second pressing element is designed in the form of a spring element.
  • first melt contact surface and the second melt contact surface have a surface in the form of a cylinder segment and continue the inner lateral surface of the flow connection element when the first electrode and the second electrode are installed.
  • the cross section of the flow connection element is rectangular at least in sections and that the two melt contact surfaces are arranged opposite one another and parallel to one another. This brings with it the advantage that the short-circuit current can flow uniformly over the extent of the melt contact surfaces between them. This allows a more even magnetic field to be generated in the melt.
  • the electrodes are each coupled to power sources by means of detachable clamping contacts. As a result, the individual electrodes can be changed simply and easily if necessary.
  • the invention also relates to a method for casting a melt of a metallic material's.
  • Current is applied to the melt of the metallic material by means of a first electrode and a second electrode, which contact the metallic material by means of melt contact surfaces.
  • a magnetic field acts on the area of the melt to which current is applied, with the electrodes being heated by means of heating elements if required.
  • a casting device is used for casting the melt, which is designed as a low-pressure casting device or as a counter-pressure casting device, wherein the casting device comprises a furnace in which a receiving space for receiving melt is formed, the receiving space being formed by means of the Flow connec tion element is coupled to a mold, wherein
  • the pressure in the receiving space is increased in order to push the melt through the flow connection element into the mold, wherein
  • the pressure in the receiving space is increased in such a way that at an inlet of the mold there is a constant pressure increase, in particular a pressure increase between 16 mbar/s and 45 mbar/s, preferably between 23 mbar/s and 35 mbar/s.
  • a constant pressure increase in particular a pressure increase between 16 mbar/s and 45 mbar/s, preferably between 23 mbar/s and 35 mbar/s.
  • a surprisingly good casting result can be achieved particularly with such a progression of the pressure rise.
  • a deviation of up to 3mbar/s from a linear pressure increase can also be seen as a constant pressure increase.
  • the values given in the paragraph above can relate to an increase in the differential pressure between the receiving space and the mold cavity. If at- For example, if the back pressure in the mold cavity is increased or decreased in a counter-pressure casting process, this can be taken into account accordingly in order to be able to achieve a constant increase in pressure.
  • This calculation result can be used to determine the activation times and activation intensities of the magnetic field and activation times and activation intensities of the current application to the melt, as well as to determine the pressure curve of the pressure application in the melt receiving space.
  • This has the advantage that the ideal casting process can be calculated for different cast workpieces. By calculating in a computer-implemented simulation model, a surprisingly good result of the cast workpiece can be achieved, since a large number of different parameters can be taken into account in comparison to a test-based procedure and the time to obtain different results can be significantly reduced.
  • the computer-implemented simulation model carries out the calculations using an artificial neural network.
  • a digital twin of the casting device is created and that the computer-implemented simulation model is adapted during the casting process.
  • melt properties such as a melt temperature
  • the parameters of the casting process such as the pressure rise curve over time and/or the time course and the intensity of the generation of the magnetic field and/or the time course and the intensity of the current application of the melt is adjusted depending on the melt properties.
  • the machine controller detects a change in the current or voltage present at the coils or a change in the current or voltage present at the electrodes and that the machine controller can adjust the currents and voltages accordingly. This adjustment can be made on the basis of stored adjustment tables. As an alternative to this, the adaptation can be carried out by using a neural network.
  • the measured currents and voltages allow conclusions to be drawn about the presence of errors.
  • the detected currents and voltages, as well as other sensor values can be taken into account in a simulation of the casting process. In this way, conclusions can be drawn about the quality of the cast workpiece. If a quality defect is expected, a quality inspection of the cast workpiece can be recommended.
  • a heating process for heating the electrodes is started with a lead time before the melt flow stops or before the flow rate falls below a minimum level, with the lead time being between 1 second and 600 seconds, in particular between 5 seconds and 120 seconds, preferably between 10 seconds and 60 seconds.
  • a melt level of the melt flows from a gate into a mold cavity and that meanwhile the pressure in the receiving space is increased and that at a predetermined point in time the magnetic field is deactivated.
  • the pressure in the receiving space is increased in accordance with the paragraph above, while a cast workpiece that has already been cast is removed from the mold cavity.
  • the magnetic field can then be deactivated at least temporarily when the mold cavity is closed again.
  • an air tank is coupled to the receiving space, in particular in a compressed air supply line in front of the compressed air supply opening. It can be provided here that the air tank is used to temporarily store compressed air in order to be able to increase the pressure in the receiving space at an increased speed. This allows the melt to flow into the mold cavity at an increased speed. This results in a shortening of the cycle time.
  • a controller is designed in such a way that the electrodes are permanently heated to a temperature that is higher than the solidus temperature of the melt.
  • this temperature can be between 550° Celsius and 850° Celsius, in particular between 700° Celsius and 750° Celsius.
  • the liquidus temperature is 594°C and the solidus temperature is 561°C.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a casting device in the form of a low-pressure die-casting device or counter-pressure die-casting device;
  • Fig. 2 shows another embodiment of a casting device in the form of a low-pressure die-casting device or counter-pressure die-casting device;
  • FIG. 4 shows a sectional illustration according to section line IV-IV from FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the flow connection element of a further exemplary embodiment of the casting device
  • FIG. 6 shows a sectional illustration of a further exemplary embodiment of the casting device according to section line IV-IV from FIG. 3;
  • FIG. 7 shows a sectional illustration of a further exemplary embodiment of the casting device according to section line IV-IV from FIG. 3;
  • FIG. 8 shows a diagram of a time course of a filling process of a mold cavity of a casting mold.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a G manvor device 1.
  • the casting device 1 is designed as a low-pressure mold casting device or as a counter-pressure mold casting device.
  • the casting device 1 can comprise a furnace 2 in which a receiving space 3 for receiving melt 4 can be formed.
  • a crucible 5 is arranged in the furnace 2, in which the melt 4 is received.
  • the crucible gel 5 can be made of a ceramic material which has a high temperature resistance.
  • the furnace 2 can be used in particular to keep the melt 4 at a high temperature level so that it remains in the molten state.
  • a mold mounting plate 6 can be formed, which delimits the furnace 2 at the top.
  • the platen 6 can either be designed as a separate component or as an integral component of the furnace 2 .
  • a mold 7 can be arranged above the mold clamping plate 6 , which mold has a lower mold part 8 and an upper mold part 9 .
  • the two mold parts 8, 9 form a mold cavity 10, which is used to measure the melt 4 and to shape the cast workpiece.
  • the mold 7 can be designed, for example, in the form of a permanent mold, which is suitable for pouring from several workpieces.
  • the casting mold 7 is designed as a lost casting mold, for example made of a sand material, and is therefore only used to cast a single workpiece.
  • a flow connection element 11 is formed, which is used to conduct the melt 4 from the crucible 5 into the mold cavity 10 .
  • the flow connecting element 11 is designed as a riser pipe 12 which protrudes into the receiving space 3 of the furnace 2 and the mold mounting plate 6 penetrates.
  • the lower mold part 8 can connect directly to the riser pipe 12 and have a gate 13 into which the riser pipe 12 opens.
  • a supporting structure 14 is shown in a highly simplified manner, which can be coupled to the upper mold part 9 and can be used to move the upper mold part 9 relative to the lower mold part 8 .
  • Furnace 2 can also have a compressed air supply opening 15 through which compressed air can be introduced into receiving space 3 of furnace 2 .
  • a magnetic element 16 is formed, which is arranged in the area of the flow connection element 11 in the present exemplary embodiment.
  • the magnetic element 16 can comprise an electromagnet 17 which has a coil 18 .
  • the coil 18 is designed in such a way that the flow cross section of the flow connection element 11 is surrounded by the coil 18 in an annular manner.
  • the coil 18 is arranged inside the furnace 2 and surrounds the riser pipe 12 and is subjected to a magnetic field.
  • the coil 18 is integrated into the riser pipe 12 .
  • a permanent magnet can also be provided instead of the coil 18, a permanent magnet can also be provided.
  • the magnetic element 16 in the region of the magnetic element 16 on an inner lateral surface 19 of the riser pipe 12 can comprise a first electrode 20 and a second electrode 21, which are designed for this purpose
  • a Lorenz force 22 can be exerted on the melt 4 guided in the flow connection element 11 by means of the magnetic element 16 .
  • the Lorenz force 22 can act in a conveying direction 23 or also act counter to the conveying direction 23 .
  • a first melt contact surface 24 of the first electrode 20 and a second melt contact surface 25 of the second electrode 21 can be integrated into the inner lateral surface 19 of the flow connection element 11 or the gate 13 .
  • the electrodes 20, 21 can end flush with the inner lateral surface 19 of the flow connection element 11 or the section 13.
  • the Lorenz force 22 acts as a conveying support for conveying the melt 4 from the crucible 5 into the mold cavity 10 .
  • the Lorenz force 22 serves to brake the melt 4 conveyed in the flow connecting element 11 .
  • the casting device 1 is designed as a different type of casting device 1 which has a flow connection element 11 .
  • the magnetic element 16 is arranged between the mold clamping plate 6 and the mold 7 .
  • Fig. 2 shows another embodiment of a low-pressure die casting device or. Counter-pressure gravity die casting device
  • FIG. 2 shows a further and possibly independent embodiment of the low-pressure die casting device or counter-pressure die casting device, the same reference numerals or component designations as in the previous FIG. 1 being used again for the same parts. In order to avoid unnecessary repetitions, reference is made to the detailed description in the preceding FIG. 1 .
  • the magnetic element 16 is integrated into the mold clamping plate 6 and surrounds the flow connecting element 11 in this area.
  • FIGS. 3 and 4 show a further and possibly independent embodiment of the casting device 1, with the same reference symbols or component designations as in the previous FIGS. 1 and 2 being used for the same parts. In order to avoid unnecessary repetition, reference is made to the detailed description in the preceding FIGS.
  • Fig. 3 shows the further exemplary embodiment of the casting device 1, in particular in the area of the magnetic element 16, in a schematic cross-sectional view cut through the flow connection element 11 at the level of the electrodes 20, 21.
  • FIG. 4 the further exemplary embodiment of the casting device 1, in particular in the area of the magnetic element 16, is shown in a sectional view along the section line IV-IV of FIG.
  • the first electrode 20 has a first melt contact surface 24 and the second electrode 21 has a second Melt contact surface 25 has.
  • a first positioning element 28 can be formed on the first electrode 20 , which in the present exemplary embodiment is formed, for example, as a shoulder which can be brought into contact with a first contact surface 29 of the flow connection element 11 .
  • a second positioning element 30 can be formed on the second electrode 21 , which in the present exemplary embodiment is formed, for example, as a shoulder which can be brought into contact with a second contact surface 31 of the flow connection element 11 .
  • a first pressing element 36 can be formed, by means of which the first electrode 20 is held in its position in the first recess 26 .
  • a second pressing element 37 can be provided, by means of which the second electrode 21 can be held in its position in the second recess 27 .
  • one or more heating elements 39 are arranged on the second electrode 21 .
  • the heating elements 38, 39 can be arranged on side faces of the electrodes 20, 21, respectively.
  • a magnetic yoke for example in the form of a C-shaped iron core or a magnetic core 41 can be formed, which can have a first open end 42 and a second open end 43 .
  • the magnetic core 41 can be arranged such that the flow connection element 11 is arranged between the first open end 42 and the second open end 43 of the magnetic core 41 .
  • the first coil 18 can surround the iron core 41 in the area of the first open end 42 .
  • the second coil 40 can surround the magnetic core 41 in the area of the second open end 43 .
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the casting device 1.
  • a plurality of flow connection elements 11 to be formed, which can be arranged evenly distributed around a center.
  • these are, for example, four flow connection elements 11.
  • Individual magnetic core segments 45 can be arranged between the flow connection elements 11.
  • Each of the magnetic core segments 45 faces a first of the flow connection elements 11 at a first longitudinal end 46 and a second of the flow connection elements 11 at a second longitudinal end 47 .
  • the first longitudinal end 46 of the magnetic core segment 45 is in each case surrounded by a first of the individual coils 44 and the second longitudinal end 47 of the magnetic core segment 45 is in each case surrounded by a second of the individual coils 44 .
  • four magnetic core segments 45 are arranged between the four flow connection elements 11, with two of the individual coils 44 being formed for each magnetic core segment 45.
  • these can also be, for example, two, three, five, six, seven, eight and also several flow connection elements 11 . It is also conceivable that the individual coils 44 are coupled to a common power source. In an alternative embodiment variant, it is also conceivable that the individual individual coils 44 are each coupled to their own power source and can therefore be switched independently of one another.
  • the individual electrodes 20, 21 are coupled to a common power source. In an alternative embodiment, it is also conceivable that the individual electrodes 20, 21 are each coupled to their own power source and can therefore be switched independently of one another.
  • FIG. 6 shows a further and possibly independent embodiment of the casting device 1, the same reference numerals or component designations as in the preceding FIGS. 1 to 5 being used again for the same parts. In order to avoid unnecessary repetitions, reference is made to the detailed description in the preceding FIGS.
  • the first area 48, 49 and the second area 50, 51 can each lie loosely against one another. It is also conceivable for the first area 48, 49 and the second area 50, 51 to be coupled to one another by means of a joint.
  • FIG. 7 shows a further and possibly independent embodiment of the casting device 1, the same reference numerals or component designations as in the preceding FIGS. 1 to 6 being used again for the same parts. In order to avoid unnecessary repetitions, reference is made to the detailed description in the preceding FIGS. As can be seen from FIG. 7, it can be provided that bores are arranged in the second region 50, 51 and that the heating elements 38, 39 are arranged in the bores.
  • FIG. 8 shows a diagram of a time profile of a filling process for filling a mold cavity of a casting mold with melt.
  • Fig. 8 are different time courses of different filling curves with under different increases in pressure in the flow connecting element 11, in particular in the riser pipe 12, is shown.
  • the filling time is plotted on the abscissa.
  • the flow rate of the melt in the riser pipe 12 is plotted on the ordinate.
  • a first filling curve 52 shows the course over time of the flow rate of the melt in the riser pipe 12 with a pressure increase of 34 mbar/s and with activation of the magnetic field after a specific time.
  • a second filling curve 53 shows the course over time of the flow rate of the melt in the riser pipe 12 with a pressure increase of 24 mbar/s and with activation of the magnetic field after a specific time.
  • a third filling curve 54 shows the course over time of the flow rate of the melt in the riser pipe 12 with a pressure increase of 15.7 mbar/s and without activation of the magnetic field during the casting process.
  • This third filling curve 54 represents conventional casting methods as are known from the prior art.
  • All three filling curves 52, 53, 54 relate to three identical cast workpieces which are cast in the same casting device.
  • the drop in flow velocity at the end of the filling curve 52, 53, 54 represents the end of the filling duration of the casting process.
  • a shortened filling time can be achieved with an increased pressure rise, as is illustrated by the first filling curve 52.
  • the exemplary embodiments show possible variants, it being noted at this point that the invention is not limited to the specifically illustrated variants of the same, but rather that various combinations of the individual variants are also possible with one another and these possible variations are based on the teaching of technical action the present invention is within the skill of a person skilled in the art working in this technical field.
  • All information on value ranges in the present description is to be understood in such a way that it also includes any and all sub-ranges, e.g. the information 1 to 10 is to be understood as including all sub-ranges, starting from the lower limit 1 and the upper limit 10 i.e. all sub-ranges start with a lower limit of 1 or greater and end with an upper limit of 10 or less, e.g. 1 to 1.7, or 3.2 to 8.1, or 5.5 to 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung (1) zum Gießen einer Schmelze (4) eines metallischen Werkstoffes, wobei die Gießvorrichtung (1) ein Strömungsverbindungselement (11) zur Leitung der Schmelze (4) aufweist. Am Strömungsverbindungselement (11) sind eine erste Elektrode (20) und eine zweite Elektrode (21) angeordnet, wobei die erste Elektrode (20) eine erste Schmelzekontaktfläche (24) aufweist und die zweite Elektrode (21) eine zweite Schmelzekontaktfläche (25) aufweist, wobei im verbauten Zustand der Elektroden (20, 21) die Schmelzekontaktflächen (24, 25) zur Kontaktierung der im Strömungsverbindungselement (11) geführten Schmelze (4) ausgebildet sind und dass am Strömungsverbindungselement (11) ein Magnetelement (16) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze (4) aufzubringen.

Description

GIEß V QRRICHTUN G ZUM GIEßEN EINER SCHMELZE. SOWIE EIN VERFAHREN ZUM GIEßEN EINER SCHMELZE
Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung zum Gießen einer Schmelze, sowie ein Verfahren zum Gießen einer Schmelze.
Aus der EP1097013B1 ist eine Elektromagnetische Pumpe zum Fördern einer Schmelze zwi schen einem Schmelzofen und einer Gussform bekannt.
Der Aufbau der EP1097013B1 weist den Nachteil auf, dass besonders bei paramagnetischen Werkstoffen, wie etwa Aluminium die Elektromagnetische Pumpe eine schlechte Wirksam keit aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu über winden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels derer auch paramagnetische Werkstoffe befördert werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine Gießvorrichtung zum Gießen einer Schmelze eines metallischen Werkstoffes ausgebildet, wobei die Gießvorrichtung ein Strömungsverbindungselement zur Leitung der Schmelze aufweist. Am Strömungs Verbindungselement sind eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode angeordnet, wobei die erste Elektrode eine erste Schmelzekontakt fläche aufweist und die zweite Elektrode eine zweite Schmelzekontaktfläche aufweist, wobei im verbauten Zustand der Elektroden die Schmelzekontaktflächen zur Kontaktierung der im Strömungsverbindungselement geführten Schmelze ausgebildet sind. Am Strömungsverbin dungselement ist ein Magnetelement angeordnet, welches dazu ausgebildet ist, ein Magnet feld auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze aufzubringen.
Die erfindungsgemäße Gießvorrichtung bringt den Vorteil mit sich, dass damit die Qualität des Gießprozesses verbessert werden kann.
Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn das Magnetelement als Elektromagnet ausgebildet ist. Ein Elektromagnet bringt den Vorteil mit sich, dass das Magnetfeld selektiv aufbringbar ist. 2
Weiters kann es zweckmäßig sein, wenn im Bereich der ersten Elektrode zumindest ein erstes Heizelement angeordnet ist und im Bereich der zweiten Elektrode zumindest ein zweites Heizelement angeordnet ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass ein übermäßiges Auskühlen der Schmelze im Bereich der Elektroden durch die Heizelemente hintangehalten werden kann, wodurch ein Erstarren und/oder Abkühlen der Schmelze im Bereich der Elektroden unterbun den werden kann. Dies kann insbesondere dann notwendig sein, wenn für die Elektroden ein Werkstoff verwendet wird, welcher eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Besonders bei ei ner derartigen Konfiguration wird Wärme schnell von der Schmelze abgeleitet, wodurch die Gefahr des lokalen Erstarrens und/oder Abkühlens der Schmelze im Bereich der Elektroden besteht.
Weiters kann die Schmelze zwischen einzelnen Gießvorgängen, insbesondere während der Entnahme eines Gusswerkstückes, auf einem gewissen Schmelzeniveau im Steigrohr gehalten werden kann, ohne dass dabei die Schmelze im Steigrohr strömt. Durch die erfindungsgemä ßen Maßnahmen kann erreicht werden, dass die Schmelze hierbei nicht im Bereich der Elekt- roden erstarrt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das erste Heizelement und das zweite Heizelement jeweils in Form eines Widerstandheizelementes, insbesondere mit einem keramischen Heizleiter, aus gebildet sind. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass ein derart ausgebildetes Heizelement bei Bedarf einfach beheizt werden kann, und darüber hinaus eine ausreichend hohe Temperatur zum Beheizen der Elektroden erreicht werden kann. Insbesondere Widerstandsheizelemente mit einem keramischen Heizleiter können schnell auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wer den.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zwei der ersten Heizelemente an gegenüberliegenden Sei ten des Querschnittes der ersten Elektrode angeordnet sind. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Elektrode über ihren Querschnitt gleichmäßig und/oder schneller aufgeheizt werden kann.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode einen rechteckigen Querschnitt aufweist und dass zwei der ersten Heizelemente an gegenüberliegenden Seiten des Quer schnittes der ersten Elektrode angeordnet sind. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Elektrode über ihren Querschnitt gleichmäßig aufgeheizt werden kann. Weiters kann vorgesehen sein, dass die Heizelemente derart dimensioniert sind, dass bei Aus fall eines der beiden Heizelemente das zweite der Heizelemente noch eine ausreichende Wär meenergie zum Halten der benötigten Temperatur aufbringen kann.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass von einer Maschinensteuerung ein Ausfall eines der Heizelemente detektiert wird und dass automatisiert das oder die verbleibenden Heizelemente über den Normalbetrieb hinaus beheizt werden, um den Ausfall eines der Heizelemente zu kompensieren. Der Ausfall eines der Heizelemente kann beispielsweise durch die fehlende Stromaufnahme detektiert werden.
Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass an allen vier Seiten des rechteckigen Querschnittes der ersten Elektrode jeweils eines der ersten Heizele mente angeordnet ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Elektrode über ihren Quer schnitt gleichmäßig aufgeheizt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass die Elektroden in einem ersten Bereich der Schmelzekontaktflächen einen Graphitwerkstoff aufweisen. Ein Graphitwerkstoff weist den Vorteil auf, dass er bei Kontaktierung durch eine Aluminiumschmelze nicht oxidiert. Darüber hinaus ist ein Graphitwerkstoff ein elektrisch guter Leiter. Darüber hinaus weist ein Graphit werkstoff eine hohe Temperaturbeständigkeit auf.
In einer alternativen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Elektroden in einem ersten Bereich der Schmelzekontaktflächen einen elektrisch leitfähigen Keramikwerkstoff aufweisen. Ein derartiger Keramikwerkstoff bringt den Vorteil mit sich, dass er sich überra schend gut im vorgesehenen Anwendungsfall zur Kontaktierung der Schmelze eignet. Insbe sondere weist der Keramikwerkstoff einen hohen Widerstand gegen Verformung, gegen Ver schleiß oder chemische Korrosion auf. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Keramik als Sinterbauteil hergestellt wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Elektroden in einem ersten Bereich der Schmel zekontaktflächen einen Werkstoff aus Zirconiumcarbid aufweisen. Zirconiumcarbid ist eine Verbindung mit hoher chemischer Variabilität beim Zr-C Verhältnis. Zirconiumcarbid exis tiert in einem Zusammensetzungsbereich von ZrCl,0 bis ca. ZrC0,6. Die elektrischen Eigen- schaften bleiben trotzdem weitgehend stabil. Zirconiumcarbid zeichnet sich gegenüber ande ren Werkstoffen dadurch aus, dass es bis zu extrem hohen Temperaturen von 2500 °C ther misch, chemisch und mechanisch stabil ist.
Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn die Elektroden in einem von den Schmelzekontaktflä chen abgewandten zweiten Bereich einen austenitischen Werkstoff aufweisen. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass ein Austenitischer Werkstoff bei ausreichender Temperaturbeständig keit eine gute elektrische Leiteigenschaft aufweist. Dies bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass das magnetische Feld durch einen austenitischen Werkstoff am wenigsten beeinflusst wird. Ferritische Werkstoffe würden das magnetische Feld ablenken.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Heizelemente jeweils im zweiten Bereich der Elektro den angeordnet sind.
Weiters kann vorgesehen sein, dass im zweiten Bereich der ersten Elektrode Bohrungen aus gebildet sind, in welchen stabförmige erste Heizelemente angeordnet sind. Der Einsatz von stabförmigen, in die Bohrungen eingesetzten Heizelementen bringt den Vorteil mit sich, dass die Elektrode gleichmäßig und von innen heraus erwärmt werden kann. Insbesondere kann durch den Einsatz der stabförmigen Heizelemente im zweiten Bereich der ersten Elektrode eine gute Wärmeeinleitung in die Elektrode erreicht werden.
Weiters kann vorgesehen sein, dass im zweiten Bereich der zweiten Elektrode Bohrungen ausgebildet sind, in welchen stabförmige erste Heizelemente angeordnet sind.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Bohrungen für die stabförmigen Heiz elemente ausgehend von der Trennfläche zwischen dem ersten Bereich der Elektrode und dem zweiten Bereich der Elektrode in den zweiten Bereich der Elektrode eingebracht sind.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Heizelemente in Form von Flachheizern ausgebildet sind, welche einen rechteckigen Querschnitt aufweisen können.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Magnetelement eine erste Spule und eine zweite Spule umfasst, welche an zwei diametral gegenüberliegenden Seiten des Querschnittes des Strömungsverbindungselementes angeordnet sind. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass durch eine derartige Anordnung ein hohes Magnetfeld auf das Strömungsverbindungselement aufgebracht werden kann. Weiters kann vorgesehen sein, dass das Magnetelement einen magnetischen Kern, insbeson dere einen Eisenkern umfasst, welcher C-förmig ausgebildet ist und derart im Bereich des Strömungsverbindungselementes angeordnet ist, dass das Strömungsverbindungselement zwi schen einem ersten offenen Ende des magnetischen Kerns und einem zweiten offenen Ende des magnetischen Kerns angeordnet ist, wobei die erste Spule das erste offene Ende des mag netischen Kerns umgibt und die zweite Spule das zweite offene Ende des magnetischen Kerns umgibt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass durch den magnetischen Kern die magnetische Wirksamkeit der Spulen verstärkt werden kann.
Weiters kann vorgesehen sein, dass mehrere der Strömungsverbindungselemente ausgebildet sind, welche gleichmäßig verteilt um ein Zentrum angeordnet sind, wobei zwischen den Strö mungsverbindungselementen einzelne magnetische Kernsegmente angeordnet sind, wobei ein magnetisches Kernsegment jeweils an einem ersten Längsende einem ersten der Strömungs verbindung selemente zugewandt ist und an einem zweiten Längsende einem zweiten der Strö mungsverbindungselemente zugewandt ist, wobei das erste Längsende des magnetischen Kernsegmentes von einer ersten der Einzelspulen umgeben ist und das zweite Längsende des magnetischen Kemsegmentes von einer zweiten der Einzelspulen umgeben ist. Diese Anord nung der magnetischen Kemsegmente kann um den Umfang verteilt gleich ausgebildet sein. Bei einem derartigen Aufbau ist es denkbar, dass zwei Strömungsverbindungselemente, drei Strömungsverbindungselemente, vier Strömungsverbindungselemente, fünf Strömungs Verbin dungselemente oder eine höhere Anzahl an Strömungsverbindungselementen gleichmäßig um den Umfang verteilt angeordnet sind.
In einer ersten Ausführungsvariante ist es denkbar, dass die Einzelspulen alle gemeinsam mit Strom beaufschlagt werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist es auch denkbar, dass die Einzelspulen selektiv und unabhängig voneinander mit Strom beaufschlagt werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass das Magnetfeld unterschiedlich stark über den Luftspalt ausgebildet sein kann.
Gemäß einer besonderen Ausprägung ist es möglich, dass das Magnetelement mehrere Ein zelspulen umfasst, welche gleichmäßig verteilt um den Querschnitt des Strömungsverbin dungselementes angeordnet sind, wobei zwischen den Einzelspulen magnetische Kernseg- mente angeordnet sind, wobei ein magnetisches Kemsegment jeweils an einem ersten Längs ende von einer ersten der Einzelspulen umgeben ist und an einem zweiten Längsende von ei ner zweiten der Einzelspulen umgeben ist. Eine derartige Konfiguration bringt den Vorteil mit sich, dass eine erhöhte Wirkung des Magnetfeldes erreicht werden kann.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass im Bereich der Spulen eine Kühlvorrichtung ausgebildet ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass durch diese Maßnahme eine Überhitzung der Spulen unterbunden werden kann.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Elektroden wechselbar sind.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass im Strömungsverbindungselement eine erste Aus nehmung ausgebildet ist, welche zur Aufnahme der ersten Elektrode dient. Weiters kann eine zweite Ausnehmung ausgebildet sein, welche zur Aufnahme der zweiten Elektrode dient.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode mit der ersten Ausnehmung eine Spielpassung bildet, sodass die erste Elektrode im in die erste Ausnehmung eingesetzten Zustand die erste Ausnehmung verschließt.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die zweite Elektrode mit der zweiten Ausnehmung eine Spielpassung bildet, sodass die zweite Elektrode im in die zweite Ausnehmung einge setzten Zustand die zweite Ausnehmung verschließt.
Weiters kann vorgesehen sein, dass an der ersten Elektrode ein erstes Positionierungselement ausgebildet ist, welches zur formschlüssigen Positionierung der ersten Elektrode im Strö mungsverbindungselement dient. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das erste Positio nierung selement zur axialen Positionierung und somit zur Bestimmung der Lage der ersten Schmelzekontaktfläche dient.
In einer ersten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das erste Positionierungsele- ment in Form eines Absatzes ausgebildet ist, wobei die erste Elektrode so weit in das Strö mungsverbindungselement eingeschoben wird, bis der Absatz an einer Anlagefläche des Strö mungsverbindungselementes zum Anliegen kommt. Weiters kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode mittels eines ersten Andrückelementes in das Strömungsverbindungselement eingedrückt wird, sodass der Absatz an die Anlagefläche des Strömungsverbindungselemen tes gepresst wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das erste Andrückelement in Form eines Federelementes ausgebildet ist.
Weiters kann vorgesehen sein, dass an der Anlagefläche oder am Absatz ein Dichtungsele ment angeordnet ist oder ein Dichtungselement zwischen der Anlagefläche und dem Absatz angeordnet ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass eine verbesserte Abdichtung zwischen der ersten Elektrode und dem Strömungs Verbindungselement erreicht werden kann.
Weiters kann vorgesehen sein, dass an der zweiten Elektrode ein zweites Positionierungsele ment ausgebildet ist, welches zur formschlüssigen Positionierung der zweiten Elektrode im Strömungs Verbindungselement dient. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das zweite Po- sitionierungselement zur axialen Positionierung und somit zur Bestimmung der Lage der ers ten Schmelzekontaktfläche dient.
In einer ersten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das zweite Positionierungs element in Form eines Absatzes ausgebildet ist, wobei die zweite Elektrode so weit in das Strömungsverbindungselement eingeschoben wird, bis der Absatz an einer Anlagefläche des Strömungsverbindungselementes zum Anliegen kommt. Weiters kann vorgesehen sein, dass die zweite Elektrode mittels eines zweiten Andrückelementes in das Strömungsverbindungs element eingedrückt wird, sodass der Absatz an die Anlagefläche des Strömungsverbindungs elementes gepresst wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das zweite Andrückele ment in Form eines Federelementes ausgebildet ist.
Weiters kann vorgesehen sein, dass an der Anlagefläche oder am Absatz ein Dichtungsele ment angeordnet ist oder ein Dichtungselement zwischen der Anlagefläche und dem Absatz angeordnet ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass eine verbesserte Abdichtung zwischen der zweiten Elektrode und dem Strömungs Verbindungselement erreicht werden kann.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die erste Schmelzekontaktfläche und die zweite Schmel zekontaktfläche eine Oberfläche in Form eines Zylindersegmentes aufweisen und im verbau ten Zustand der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode die Innenmantelfläche des Strö mungsverbindungselementes fortsetzen. In einer alternativen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt des Strömungsverbindungselementes zumindest abschnittsweise rechteckig ist und dass die bei den Schmelzekontaktflächen einander gegenüberliegend und parallel zueinander angeordnet sind. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der Kurzschlussstrom gleichmäßig über die Erstre ckung der Schmelzekontaktflächen zwischen diesen fließen kann. Dadurch kann ein gleich mäßigeres Magnetfeld in der Schmelze erzeugt werden.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die Elektroden jeweils mittels lösbarer Klemm kontakte mit Stromquellen gekoppelt sind. Dadurch können die einzelnen Elektroden bei Be darf einfach und unkompliziert gewechselt werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Gießen einer Schmelze eines metalli schen Werkstoffes. Die Schmelze des metallischen Werkstoffes wird mittels einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, welche den metallischen Werkstoff mittels Schmelze kontaktflächen kontaktieren, mit Strom beaufschlagt. Gleichzeitig wirkt ein Magnetfeld auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze ein, wobei die Elektroden bei Bedarf mittels Heizelementen beheizt werden.
Dies bringt den Vorteil mit sich, dass ein übermäßiges Auskühlen der Schmelze im Bereich der Elektroden durch die Heizelemente hintangehalten werden kann, wodurch ein Erstarren der Schmelze im Bereich der Elektroden unterbunden werden kann. Dies kann insbesondere dann notwendig sein, wenn für die Elektroden ein Werkstoff verwendet wird, welcher eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Besonders bei einer derartigen Konfiguration wird Wärme schnell von der Schmelze abgeleitet, wodurch die Gefahr des lokalen Erstarrens der Schmelze im Bereich der Elektroden besteht.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Elektroden dann beheizt werden, wenn der Schmelzefluss im Strömungsverbindungselement gestoppt wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass durch diese Maßnahme ein lokales Erstarren der Schmelze im Bereich der Elektro den unterbunden werden kann.
Weiters ist es denkbar, dass die Elektroden bei einem ausreichend hohen und konstanten Schmelzefluss im Strömungsverbindungselement nicht beheizt werden. Femer kann vorgesehen sein, dass zum Gießen der Schmelze eine Gießvorrichtung verwendet wird, welche als Niederdruckgieß Vorrichtung oder als Gegendruckgießvorrichtung ausgebil det ist, wobei die Gießvorrichtung einen Ofen umfasst, in dem ein Aufnahmeraum zur Auf nahme von Schmelze ausgebildet ist, wobei der Aufnahmeraum mittels des Strömungs Verbin dungselementes mit einer Gussform gekoppelt ist, wobei
- beim Start des Gießvorganges der Druck im Aufnahmeraum erhöht wird, um die Schmelze durch das Strömungsverbindungselement in die Gussform zu drücken, wobei
- erst bei Erreichen einer vordefinierten Schmelzemenge, welche durch das Strömungsverbin dungselement geströmt ist, im Strömungsverbindungselement die Schmelze mit Strom beauf schlagt wird und gleichzeitig das Magnetfeld aktiviert wird, welches auf den mit Strom beauf schlagten Bereich der Schmelze einwirkt, um die Schmelze im Strömungs Verbindungselement zu bremsen.
Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der Gießvorgang mit einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden kann und dadurch eine kurze Taktzeit erreicht werden kann. Gleichzeitig kann durch diese Maßnahme ein qualitativ hochwertiges Gusswerkstück erreicht werden, wel ches im Vergleich zu bekannten Gusswerkstücken wenige Lunker bzw. Lufteinschlüsse auf weisen kann. Insbesondere durch das Bremsen der Schmelze mittels des Magnetfeldes kann eine Beruhigung der Schmelze beim Gießen erreicht werden, um ein verbessertes Gusswerk stück erzeugen zu können. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass ein verbessertes Guss ergebnis dann erreicht werden kann, wenn nicht das Magnetfeld bzw. die Strombeaufschla gung der Schmelze von Beginn des Gießvorganges an aktiviert sind, sondern erst zu einem gewissen Zeitpunkt während des Gießvorganges aktiviert werden.
Weiters kann vorgesehen sein, dass der Druck im Aufnahmeraum derart erhöht wird, dass an einem Einlauf der Gussform ein konstanter Druckanstieg, insbesondere ein Druckanstieg zwi schen 16mbar/s und 45mbar/s, bevorzugt zwischen 23mbar/s und 35mbar/s erfolgt. Besonders bei einem derartigen Verlauf des Druckanstieges kann ein überraschend gutes Gießergebnis erreicht werden. Als konstanter Druckanstieg ist auch eine Abweichung von bis zu 3mbar/s von einem linearen Druckanstieg zu sehen.
Insbesondere können die im obigen Absatz angegeben Werte einen Druckanstieg des Diffe- renzdruckes zwischen dem Aufnahmeraum und dem Formhohlraum betreffen. Wenn bei- spielsweise bei einem Gegendruckgießverfahren der Gegendruck im Formhohlraum vergrö ßert oder verkleinert wird, kann dies entsprechend berücksichtigt werden, um einen konstan ten Druckanstieg erreichen zu können.
Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, wenn im Strömungs Verbindungselement die Schmelze mit Strom beaufschlagt wird und das Magnetfeld aktiviert wird, welches auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze einwirkt, um die Schmelze im Strömungsver bindungselement zu bremsen, wenn ein Schmelzespiegel der Schmelze von einem Anschnitt in einen Formhohlraum einströmt. Dies bringt ein überraschend gutes Gießergebnis mit weni gen Lunkern im Einlaufbereich mit sich. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schmelze mit Strom beaufschlagt wird und gleichzeitig das Magnetfeld aktiviert wird.
Ferner kann vorgesehen sein, dass in einem computerimplementierten Simulationsmodell be rechnet wird, bei welchem Druckanstieg und bei welchen Aktivierzeiten und Aktivierintensi täten des Magnetfeldes und bei welchen Aktivierzeiten und Aktivierintensitäten der Strombe aufschlagung der Schmelze ein Gießvorgang mit möglichst wenigen Lunkern im Gusswerk stück erreicht werden kann. Weiters kann im computerimplementierten Simulationsmodell eine Druckkurve der Druckbeaufschlagung im Schmelzeaufnahmeraum berücksichtigt wer den. Weiters kann das Simulationsmodell auf den Bereich des Eintrittes in die Gussform be schränkt sein, wobei die Strömungsgeschwindigkeiten am Eintritt des Strömungsverbindungs elementes nicht berücksichtigt sein können. Dieses Berechnungsergebnis kann zum Festlegen der Aktivierzeiten und Aktivierintensitäten des Magnetfeldes und Aktivierzeiten und Aktivie rintensitäten der Strombeaufschlagung der Schmelze, sowie zur Festlegung der Druckkurve der Druckbeaufschlagung im Schmelzeaufnahmeraum herangezogen werden. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass für unterschiedliche Gusswerkstücke der ideale Gießvorgang berechnet werden kann. Durch die Berechnung in einem computerimplementierten Simulationsmodell kann ein überraschend gutes Ergebnis des Gusswerkstückes erreicht werden, da im Vergleich zu einem versuchsbasierten Vorgehen eine große Anzahl an unterschiedlichen Parametern be rücksichtigt werden kann und die Zeit zum Erhalt von unterschiedlichen Ergebnisse wesent lich verkürzt werden kann.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das computerimplementierte Simulationsmodell un ter Anwendung eines künstlichen neuronalen Netzwerkes die Berechnungen durchführt. Weiters kann vorgesehen sein, dass ein digitaler Zwilling der Gießvorrichtung erstellt wird und dass das computerimplementierte Simulationsmodell während des Gießvorganges ange passt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass Schmelzeeigenschaften, wie eine Schmelzetemperatur, gemessen wird und die Parameter des Gießprozesses, wie etwa die zeit liche Druckanstiegskurve und/oder der zeitliche Verlauf und die Intensität der Erzeugung des Magnetfeldes und/oder der zeitliche Verlauf und die Intensität der Strombeaufschlagung der Schmelze in Abhängigkeit von den Schmelzeeigenschaften angepasst wird.
Ferner kann vorgesehen sein, dass mittels der Maschinensteuerung eine Änderung der an den Spulen anliegenden Strom oder Spannung oder auch eine Änderung der an den Elektroden an liegenden Strom oder Spannung detektiert wird und mittels der Maschinensteuerung die Ströme und Spannungen entsprechend angepasst werden können. Diese Anpassung kann auf Basis von hinterlegten Anpassungstabellen erfolgen. Alternativ dazu kann die Anpassung durch Einsatz eines neuronalen Netzwerkes erfolgen.
Darüber hinaus kann durch die gemessenen Ströme und Spannungen auf das Vorliegen von Fehlem rückgeschlossen werden. Insbesondere können die erfassten Ströme und Spannungen, sowie sonstige Sensorwerte in einer Simulation des Gießprozesses berücksichtigt werden. So mit kann auf die Qualität des Gusswerkstückes rückgeschlossen werden. Bei einer Erwartung eines Qualitätsmangels kann eine Qualitätsprüfung des Gusswerkstückes empfohlen werden.
Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass ein Heizvor gang zum Beheizen der Elektroden mit einer Vorlaufzeit vor dem Stoppen des Schmelzeflus ses oder vor dem Unterschreiten einer minimalen Durchflussgeschwindigkeit gestartet wird, wobei die Vorlaufzeit zwischen 1 Sekunde und 600 Sekunden, insbesondere zwischen 5 Se kunden und 120 Sekunden, bevorzugt zwischen 10 Sekunden und 60 Sekunden beträgt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass zum Zeitpunkt des Stoppes des Schmelzeflusses bzw. zum Zeitpunkt des Unterschreitens der minimalen Durchflussgeschwindigkeit die Elektroden be reits ausreichend aufgeheizt sein können, um ein lokales Erstarren der Schmelze im Bereich der Elektroden zu verhindern.
Ferner kann vorgesehen sein, dass im Strömungsverbindungselement die Schmelze mit Strom beaufschlagt wird und das Magnetfeld aktiviert wird, welches auf den mit Strom beaufschlag ten Bereich der Schmelze einwirkt, um die Schmelze im Strömungs Verbindungselement zu bremsen, noch bevor ein Schmelzespiegel der Schmelze von einem Anschnitt in einen Form hohlraum einströmt und dass währenddessen der Druck im Aufnahmeraum erhöht wird und dass zu einem vorgegebenen Zeitpunkt das Magnetfeld deaktiviert wird. Dadurch kann er reicht werden, dass im Aufnahmeraum ein erhöhter Druck aufgebaut wird, ohne dass dabei Schmelze in den Formhohlraum einströmt. Anschließend kann die Schmelze mit erhöhter Ge schwindigkeit in den Formhohlraum einströmen gelassen werden. Dies bringt eine Verkür zung der Taktzeit mit sich.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Druck im Aufnahmeraum entsprechend dem obigen Absatz erhöht wird, während ein bereits gegossenes Gusswerkstück aus dem Form hohlraum entnommen wird. Anschließend kann das Magnetfeld zumindest zeitweise deakti viert werden, wenn der Formhohlraum wieder geschlossen wird.
In einer alternativen Ausführungsvariante ist es auch denkbar, dass mit dem Aufnahmeraum, insbesondere in einem Druckluftzuführstrang vor der Druckluftzufuhröffnung ein Windkessel gekoppelt ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Windkessel zum Zwischenspeichern von Druckluft dient, um den Druck im Aufnahmeraum mit erhöhter Geschwindigkeit erhöhen zu können. Dadurch kann die Schmelze mit erhöhter Geschwindigkeit in den Formhohlraum einströmen gelassen werden. Dies bringt eine Verkürzung der Taktzeit mit sich.
Weiters kann vorgesehen sein, dass eine Regelung ausbildet ist, welche derart ausgebildet ist, dass die Elektroden dauerhaft auf eine Temperatur beheizt werden, welche höher ist als die Solidustemperatur der Schmelze. Diese Temperatur kann beispielsweise für Aluminium zwi schen 550°Celsius und 850°Celsius, insbesondere zwischen 700°Celsius und 750°Celsius be tragen. Beispielsweise für AlSilOMg liegt die Liquidustemperatur bei 594°Celsius und die Solidustemperatur bei 561°Celsius.
Vorteilhaft ist es darüber hinaus, die Heizregelung der Elektroden in Abhängigkeit der Erstar- rungszeit des zu gießenden Bauteils und der Erstarrungstemperatur der Schmelze auszulegen, so dass die Temperatur der Schmelze, die sich während der Erstarrung des Bauteils im Be reich der Elektroden befindet nicht oder teilweise nicht unter die Erstarrungstemperatur der Schmelze abfällt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass bei einem nächsten Gießzyklus beziehungsweise beim nächsten Bauteil kein Bereich der Schmelze teilweise erstarrt. Weiters kann gewährleistet werden, dass die beim Füllen der Kavität transportierte Schmelze im Be reich der Elektroden weniger abkühlt. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gießvorrichtung in Form einer Niederdruck- Kokillengieß Vorrichtung oder Gegendruck- Kokillengieß Vorrichtung;
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gießvorrichtung in Form einer Nieder druck- Kokillengieß Vorrichtung oder Gegendruck-Kokillengießvorrichtung;
Fig. 3 eine schematische Querschnittansicht des Strömungsverbindungselementes;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie IV-IV aus Fig. 3;
Fig. 5 eine schematische Querschnittansicht des Strömungsverbindungselementes eines weiteren Ausführungsbeispiels der Gieß Vorrichtung;
Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Gießvorrichtung gemäß der Schnittlinie IV-IV aus Fig. 3;
Fig. 7 eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Gießvorrichtung gemäß der Schnittlinie IV-IV aus Fig. 3;
Fig. 8 ein Diagramm eines zeitlichen Verlaufes eines Füllvorganges eines Formhohlrau- mes einer Gussform.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Fageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Fageangaben bei einer Fageänderung sinngemäß auf die neue Fage zu übertragen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Gießvor richtung 1. Die Gießvorrichtung 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Niederdruck- Kokil lengießvorrichtung oder als Gegendruck-Kokillengießvorrichtung ausgebildet. Die Gießvorrichtung 1 kann einen Ofen 2 umfassen, in dem ein Aufnahmeraum 3 zur Auf nahme von Schmelze 4 ausgebildet sein kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass im Ofen 2 ein Tiegel 5 angeordnet ist, in welchem die Schmelze 4 aufgenommen wird. Der Tie gel 5 kann aus einem keramischen Werkstoff gebildet sein, welcher eine hohe Temperaturbe ständigkeit aufweist. Der Ofen 2 kann insbesondere dazu dienen, um die Schmelze 4 auf ei nem hohen Temperatumiveau zu halten, sodass sie im geschmolzenen Zustand verbleibt.
Weiters kann eine Formaufspannplatte 6 ausgebildet sein, welche den Ofen 2 nach oben hin begrenzt. Die Formaufspannplatte 6 kann entweder als eigener Bauteil oder als integraler Bauteil des Ofens 2 ausgebildet sein. Oberhalb der Formaufspannplatte 6 kann eine Gussform 7 angeordnet sein, welche einen unteren Gussformteil 8 und einen oberen Gussformteil 9 auf weist. Die beiden Gussformteile 8, 9 bilden einen Formhohlraum 10 aus, welcher zur Auf nahme der Schmelze 4 und zur Formgebung des Gusswerkstückes dient.
Die Gussform 7 kann beispielsweise in Form einer Kokille ausgebildet sein, welche zum Ab gießen von mehreren Werkstücken geeignet ist.
Alternativ dazu ist es auch denkbar, dass die Gussform 7 als verlorene Gussform ausgebildet ist, wie etwa aus einem Sandmaterial, und somit nur zum Abguss eines einzelnen Werkstü ckes dient.
Weiters ist ein Strömungs Verbindungselement 11 ausgebildet, welches zum Leiten der Schmelze 4 vom Tiegel 5 in den Formhohlraum 10 dient. Im vorliegenden Ausführungsbei spiel ist das Strömungs Verbindungselement 11 als Steigrohr 12 ausgebildet, welches in den Aufnahmeraum 3 des Ofens 2 hineinragt und die Formaufspannplatte 6 durchdringt. Der un tere Gussformteil 8 kann direkt an das Steigrohr 12 anschließen und einen Anschnitt 13 auf weisen, in welchen das Steigrohr 12 mündet. Außerdem ist stark vereinfacht eine Tragkon struktion 14 dargestellt, die mit dem oberen Gussformteil 9 gekoppelt sein kann und zum Be wegen des oberen Gussformteiles 9 relativ zum unteren Gussformteil 8 dienen kann.
Der Ofen 2 kann darüber hinaus eine Druckluftzufuhröffnung 15 aufweisen, durch welche Druckluft in den Aufnahmeraum 3 des Ofens 2 eingebracht werden kann. Durch beaufschla gen des Aufnahmeraums 3 des Ofens 2 mit Druckluft wird die Schmelze 4 im Steigrohr 12 in den Formhohlraum 10 gedrückt. Weiters ist ein Magnetelement 16 ausgebildet, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Bereich des Strömungsverbindungselementes 11 angeordnet ist. Das Magnetelement 16 kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Elektromagnet 17 umfassen, welcher eine Spule 18 aufweist. Die Spule 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass der Strömungsquerschnitt des Strömungsverbindungselementes 11 von der Spule 18 ringför mig umschlossen wird. Insbesondere kann hierbei, wie aus Fig. 1 ersichtlich, vorgesehen sein, dass die Spule 18 innerhalb des Ofens 2 angeordnet ist und das Steigrohr 12 umgibt und mit einem Magnetfeld beaufschlagt. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Spule 18 in das Steigrohr 12 integriert ist. Natürlich kann anstatt der Spule 18 auch ein Permanentmag net vorgesehen sein.
Aus der Schnittansicht I-I, die einen Querschnitt durch das Strömungsverbindungselement 11 darstellt, ist ersichtlich, dass das Magnetelement 16 im Bereich des Magnetelementes 16 an einer Innenmantelfläche 19 des Steigrohres 12 eine erste Elektrode 20 und eine zweite Elekt rode 21 umfassen kann, welche dazu ausgebildet sind, um die Schmelze 4, welche im Steig rohr 12 transportiert wird, mit Strom zu beaufschlagen. Mittels dem Magnetelement 16 kann eine Lorenzkraft 22 auf die im Strömungsverbindungselement 11 geführte Schmelze 4 ausge übt werden. Die Lorenzkraft 22 kann hierbei in einer Förderrichtung 23 wirken oder aber auch entgegen der Förderrichtung 23 wirken.
Eine erste Schmelzekontaktfläche 24 der ersten Elektrode 20 und eine zweite Schmelzekon taktfläche 25 der zweiten Elektrode 21 kann in die Innenmantelfläche 19 des Strömungsver bindungselementes 11 oder des Anschnittes 13 integriert sein. Somit können die Elektroden 20, 21 bündig mit der Innenmantelfläche 19 des Strömungsverbindungselementes 11 oder des Anschnittes 13 abschließen.
Insbesondere ist es denkbar, dass die Lorenzkraft 22 als Förderunterstützung zum Fördern der Schmelze 4 vom Tiegel 5 in den Formhohlraum 10 wirkt.
Weiters ist es auch denkbar, dass die Lorenz kraft 22 zum Bremsen der im Strömungs Verbin dungselement 11 geförderten Schmelze 4 dient.
In weiteren Ausführungsbeispielen ist es auch denkbar, dass die Gießvorrichtung 1 als andere Art von Gießvorrichtung 1 ausgebildet ist, welche ein Strömungs Verbindungselement 11 auf- weisen. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist es auch denkbar, dass das Magne telement 16 zwischen der Formaufspannplatte 6 und der Gussform 7 angeordnet ist.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Niederdruck- Kokillengieß Vorrichtung bzw . Gegendruck-Kokillengießvorrichtung
In der Fig. 2 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der Niederdruck-Kokillengießvorrichtung bzw. Gegendruck-Kokillengießvorrichtung gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in der vorangegangenen Fig. 1 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in der vorangegangenen Fig. 1 hingewiesen bzw. Bezug genommen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass das Magnetelement 16 in die Form aufspannplatte 6 integriert ist und in diesem Bereich das Strömungs Verbindungselement 11 umgibt.
In den Figuren 3 und 4 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausfüh rung sform der Gieß Vorrichtung 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezug s- zeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Figuren 1 und 2 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Figuren 1 und 2 hingewiesen bzw. Bezug genommen.
Fig. 3 das weitere Ausführungsbeispiel der Gießvorrichtung 1, insbesondere im Bereich des Magnetelementes 16, in einer schematischen Querschnittansicht geschnitten durch das Strö mungsverbindungselement 11 auf Höhe der Elektroden 20, 21.
In Fig. 4 ist das weitere Ausführungsbeispiel der Gießvorrichtung 1, insbesondere im Bereich des Magnetelementes 16, in einer Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie IV - IV nach Fig. 3 dargestellt.
Die weitere Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels der Gießvorrichtung 1 erfolgt anhand einer Zusammenschau der Figuren 3 und 4.
Wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode 20 eine erste Schmelzekontaktfläche 24 aufweist und die zweite Elektrode 21 eine zweite Schmelzekontaktfläche 25 aufweist. Die beiden Schmelzekontaktflächen 24, 25 können im verbauten Zustand der Elektroden 20, 21 zusammen mit der Innenmantelfläche 19 den Strö mungskanal des Strömungsverbindungselementes 11 begrenzen.
Weiters kann vorgesehen sein, dass im Strömungs Verbindungselement 11 eine erste Ausneh mung 26 ausgebildet ist, in welche die erste Elektrode 20 eingesetzt ist. Weiters kann vorge sehen sein, dass im Strömungsverbindungselement 11 eine zweite Ausnehmung 27 ausgebil det ist, in welcher die zweite Elektrode 21 eingesetzt ist. Die Ausnehmungen 26, 27 können das Strömungs Verbindungselement 11 durchdringen.
An der ersten Elektrode 20 kann ein erstes Positionierungselement 28 ausgebildet sein, wel ches im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise als Absatz ausgebildet ist, welcher an einer ersten Anlagefläche 29 des Strömungsverbindungselementes 11 zur Anlage gebracht werden kann.
An der zweiten Elektrode 21 kann ein zweites Positionierungselement 30 ausgebildet sein, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise als Absatz ausgebildet ist, wel cher an einer zweiten Anlagefläche 31 des Strömungsverbindungselementes 11 zur Anlage gebracht werden kann.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode 20 mittels eines ersten Klemmkontak tes 32 mit einem ersten Pol 33 einer Stromquelle gekoppelt ist.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die zweite Elektrode 21 mittels eines zweiten Klemmkon taktes 34 mit einem zweiten Pol 35 der Stromquelle gekoppelt ist.
Weiters kann ein erstes Andrückelement 36 ausgebildet sein, mittels welchem die erste Elekt rode 20 in ihrer Position in der ersten Ausnehmung 26 gehalten wird.
Weiters kann ein zweites Andrückelement 37 vorgesehen sein, mittels welchem die zweite Elektrode 21 in ihrer Position in der zweiten Ausnehmung 27 gehalten werden kann.
Weiters kann vorgesehen sein, dass an der ersten Elektrode 20 ein oder mehrere Heizelemente 38 angeordnet sind. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass an der zweiten Elektrode 21 ein oder mehrere Heizelemente 39 angeordnet sind. Die Heizelemente 38, 39 können jeweils an Seitenflächen der Elektrode 20, 21 angeordnet sein. Wie besonders gut aus Fig. 3 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass an einer ersten Seite des Strömungsverbindungselementes 11 eine erste Spule 18 angeordnet ist und dass an einer zweiten Seite des Strömungsverbindungselementes 11 eine zweite Spule 40 ausgebildet ist. Weiters kann ein magnetischer Rückschluss, beispielsweise in Form eines C-förmigen Eisen kerns bzw. eines magnetischen Kernes 41 ausgebildet sein, welcher ein erstes offenes Ende 42 und ein zweites offenes Ende 43 aufweisen kann. Der magnetische Kern 41 kann derart ange ordnet sein, dass das Strömungsverbindungselement 11 zwischen dem ersten offenen Ende 42 und dem zweiten offenen Ende 43 des magnetischen Kerns 41 angeordnet ist. Die erste Spule 18 kann den Eisenkern 41 im Bereich des ersten offenen Endes 42 umgeben. Die zweite Spule 40 kann den magnetischen Kem 41 im Bereich des zweiten offenen Endes 43 umgeben.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Gießvorrichtung 1. Wie aus Fig. 5 ersicht lich, kann vorgesehen sein, dass mehrere der Strömungsverbindungselemente 11 ausgebildet sind, welche gleichmäßig verteilt um ein Zentrum angeordnet sein können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind dies beispielsweise vier Strömungsverbindungselemente 11. Zwi schen den Strömungsverbindungselementen 11 können einzelne magnetische Kernsegmente 45 angeordnet sein. Jedes der magnetischen Kernsegmente 45 ist jeweils an einem ersten Längsende 46 einem ersten der Strömungsverbindungselemente 11 zugewandt und an einem zweiten Längsende 47 einem zweiten der Strömungs Verbindungselemente 11 zugewandt. Das erste Längsende 46 des magnetischen Kernsegmentes 45 ist jeweils von einer ersten der Ein zelspulen 44 umgeben und das zweite Längsende 47 des magnetischen Kernsegmentes 45 ist jeweils von einer zweiten der Einzelspulen 44 umgeben.
In einer alternativen Ausführungsvariante ist es auch denkbar, dass pro magnetischem Kem- segment 45 jeweils nur eine Einzelspule 44 ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Einzelspule 44 mittig des magnetischen Kemsegmentes 45 angeordnet ist.
Somit sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen den vier Strömungsverbindungs elementen 11 vier magnetische Kernsegmente 45 angeordnet wobei je magnetischem Kern segment 45 zwei der Einzelspulen 44 ausgebildet sind.
In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können dies beispielsweise auch zwei, drei, fünf, sechs, sieben, acht und auch mehrere Strömungs Verbindungselemente 11 sein. Weiters ist es denkbar, dass die einzelnen Einzelspulen 44 mit einer gemeinsamen Strom quelle gekoppelt sind. In einer alternativen Ausführungsvariante ist es auch denkbar, dass die einzelnen Einzelspulen 44 jeweils mit einer eigenen Stromquelle gekoppelt sind und somit unabhängig voneinander schaltbar sind.
Weiters ist es denkbar, dass die einzelnen Elektroden 20, 21 mit einer gemeinsamen Strom quelle gekoppelt sind. In einer alternativen Ausführungsvariante ist es auch denkbar, dass die einzelnen Elektroden 20, 21 jeweils mit einer eigenen Stromquelle gekoppelt sind und somit unabhängig voneinander schaltbar sind.
In der Figur 6 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der Gießvorrichtung 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Figuren 1 bis 5 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den voran gegangenen Figuren 1 bis 5 hingewiesen bzw. Bezug genommen.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode 20 einen ersten Be reich 48 aufweist. Weiters kann vorgesehen sein, dass die zweite Elektrode 21 einen ersten Bereich 49 aufweist. Weiters kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode 20 einen zweiten Bereich 50 aufweist. Weiters kann vorgesehen sein, dass die zweite Elektrode 21 einen zwei ten Bereich 51 aufweist.
Der erste Bereich 48, 49 und der zweite Bereich 50, 51 können jeweils lose aneinander anlie- gen. Weiters ist es auch denkbar, dass der erste Bereich 48, 49 und der zweite Bereich 50, 51 mittels einer Fügeverbindung miteinander gekoppelt sind.
Wie aus Fig. 6 gut ersichtlich, kann jeweils vorgesehen sein, dass die Heizelemente 38, 39 im zweiten Bereich 50, 51 angeordnet sind.
In der Figur 7 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der Gießvorrichtung 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Figuren 1 bis 6 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den voran gegangenen Figuren 1 bis 6 hingewiesen bzw. Bezug genommen. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass im zweiten Bereich 50, 51 Bohrungen angeordnet sind und dass die Heizelemente 38, 39 in den Bohrungen angeordnet sind.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm eines zeitlichen Verlaufes eines Füllvorganges zum Füllen eines Formhohlraumes einer Gussform mit Schmelze.
In der Fig. 8 sind unterschiedliche zeitliche Verläufe von verschiedenen Füllkurven mit unter schiedlichen Anstiegen des Druckes im Strömungs Verbindungselement 11, insbesondere im Steigrohr 12, gezeigt. Auf der Abszisse ist die Füll zeit aufgetragen. Auf der Ordinate ist die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze im Steigrohr 12 aufgetragen.
Eine erste Füllkurve 52 zeigt den zeitlichen Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze im Steigrohr 12 bei einem Druckanstieg von 34 mbar/s und bei Aktivierung des Magnetfeldes nach einer bestimmten Zeit.
Eine zweite Füllkurve 53 zeigt den zeitlichen Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze im Steigrohr 12 bei einem Druckanstieg von 24 mbar/s und bei Aktivierung des Magnetfeldes nach einer bestimmten Zeit.
Eine dritte Füllkurve 54 zeigt den zeitlichen Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze im Steigrohr 12 bei einem Druckanstieg von 15,7 mbar/s und ohne Aktivierung des Magnetfeldes während dem Gießvorgang. Diese dritte Füllkurve 54 repräsentiert herkömmli che Gießverfahren, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Alle drei Füllkurven 52, 53, 54 beziehen sich auf drei gleiche Gusswerkstücke, welches in derselben Gießvorrichtung gegossen werden. Bei allen drei Füllkurven 52, 53, 54 repräsen tiert der Abfall der Strömungsgeschwindigkeit am Ende der Füllkurve 52, 53, 54 das Ende der Fülldauer des Gießvorganges.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich, kann bei einem erhöhten Druckanstieg, wie dies anhand der ersten Füllkurve 52 dargestellt ist, eine verkürzte Fülldauer erreicht werden. Trotz dieser verkürzten Fülldauer kann bei einem erhöhten Druckanstieg und Aktivierung des Magnetfeldes, wie dies anhand der ersten Füllkurve 52 dargestellt ist, ein gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Gießvorgang entsprechend der dritter Füllkurve 54 verbessertes Gusswerkstück er reicht werden, welches weniger Lufteinschlüsse aufweist. Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle be merkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten dersel ben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausfüh rungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.
Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmals kombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispie len können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen wer den.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verste hen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert darge stellt wurden.
B e z u g s z e i c h e n a u f s t e l l u n g Gießvorrichtung 31 zweite Anlagefläche Ofen 32 erster Klemmkontakt Aufnahmeraum 33 erste Stromquelle Schmelze 34 zweiter Klemmkontakt Tiegel 35 zweite Stromquelle Formauf spannplatte 36 erstes Andrückelement Gussform 37 zweites Andrückelement unterer Gussformteil 38 erstes Heizelement oberer Gussformteil 39 zweites Heizelement Formhohlraum 40 zweite Spule S trömung s Verbindung selement 41 Magnetischer Kem Steigrohr 42 erstes offenes Ende des magneti Anschnitt schen Kerns Tragkonstruktion 43 zweites offenes Ende des magneti Druckluftzufuhröffnung schen Kerns Magnetelement 44 Einzelspule Elektromagnet 45 Magnetisches Kemsegment erste Spule 46 erstes Längsende magnetisches Innenmantelfläche Kernsegment erste Elektrode 47 zweites Längsende magnetisches zweite Elektrode Kernsegment Lorzenkraft 48 erster Bereich erste Elektrode Förderrichtung 49 erster Bereich zweite Elektrode erste Schmelzekontaktfläche 50 zweiter Bereich erste Elektrode zweite Schmelzekontaktfläche 51 zweiter Bereich zweite Elektrode erste Ausnehmung 52 erste Füllkurve zweite Ausnehmung 53 zweite Füllkurve erstes Positionierungselement 54 dritte Füllkurve erste Anlagefläche zweites Positionierungselement

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Gießvorrichtung (1) zum Gießen einer Schmelze (4), wobei die Gießvorrichtung (1) ein Strömungsverbindungselement (11) zur Leitung der Schmelze (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Strömungs Verbindungselement (11) eine erste Elektrode (20) und eine zweite Elektrode (21) angeordnet sind, wobei die erste Elektrode (20) eine erste Schmel zekontaktfläche (24) aufweist und die zweite Elektrode (21) eine zweite Schmelzekontaktflä che (25) aufweist, wobei im verbauten Zustand der Elektroden (20, 21) die Schmelzekontakt flächen (24, 25) zur Kontaktierung der im Strömungsverbindungselement (11) geführten Schmelze (4) ausgebildet sind und dass am Strömungsverbindungselement (11) ein Magne telement (16) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze (4) aufzubringen.
2. Gießvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der ersten Elektrode (20) zumindest ein erstes Heizelement (38) angeordnet ist und im Be reich der zweiten Elektrode (21) zumindest ein zweites Heizelement (39) angeordnet ist.
3. Gießvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Heizelement (38) und das zweite Heizelement (39) jeweils in Form eines Widerstandheizele mentes, insbesondere mit einem keramischen Heizleiter, ausgebildet sind.
4. Gießvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (20) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und dass zwei der ersten Heizele mente (38) an gegenüberliegenden Seiten des Querschnittes der ersten Elektrode (20) ange ordnet sind.
5. Gießvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Elektroden (20, 21) in einem ersten Bereich (48, 49) der Schmelzekontakt flächen (24, 25) einen Graphitwerkstoff oder einen elektrisch leitfähigen Keramikwerkstoff aufweisen.
6. Gießvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Elektroden (20, 21) in einem von den Schmelzekontaktflächen (24, 25) ab gewandten zweiten Bereich (50, 51) einen austenitischen Werkstoff aufweisen.
7. Gießvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Bereich (50) der ersten Elektrode (20) Bohrungen ausgebildet sind, in welchen stabförmige erste Heizelemente (38) angeordnet sind.
8. Gießvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Magnetelement (16) eine erste Spule (18) und eine zweite Spule (40) um fasst, welche an zwei diametral gegenüberliegenden Seiten des Querschnittes des Strömungs verbindungselementes (11) angeordnet sind.
9. Gießvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Magne telement (16) einen magnetischen Kern (41) umfasst, welcher C-förmig ausgebildet ist und derart im Bereich des Strömungsverbindungselementes (11) angeordnet ist, dass das Strö mungsverbindungselement (11) zwischen einem ersten offenen Ende (42) des magnetischen Kerns (41) und einem zweiten offenen Ende (43) des magnetischen Kerns (41) angeordnet ist, wobei die erste Spule (18) das erste offene Ende (42) des magnetischen Kerns (41) umgibt und die zweite Spule (40) das zweite offene Ende (43) des magnetischen Kerns (41) umgibt.
10. Gießvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Strömungsverbindungselemente (11) ausgebildet sind, welche gleichmäßig verteilt um ein Zentrum angeordnet sind, wobei zwischen den Strömungsverbindungselemen ten (11) einzelne magnetische Kernsegmente (45) angeordnet sind, wobei ein magnetisches Kernsegment (45) jeweils an einem ersten Längsende (46) einem ersten der Strömungs Verbin dungselemente (11) zugewandt ist und an einem zweiten Längsende (47) einem zweiten der Strömungs Verbindungselemente (11) zugewandt ist, wobei das erste Längsende (46) des mag netischen Kemsegmentes (45) von einer ersten der Einzelspulen (44) umgeben ist und das zweite Längsende (47) des magnetischen Kemsegmentes (45) von einer zweiten der Einzel spulen (44) umgeben ist.
11. Gießvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Spulen (18, 40, 44) eine Kühlvorrichtung ausgebildet ist.
12. Gießvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Elektroden (20, 21) jeweils mittels lösbarer Klemmkontakte (32) mit Stromquellen gekoppelt sind.
13. Verfahren zum Gießen einer Schmelze (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze (4) des metallischen Werkstoffes während des Gießvorganges durch ein Strö mungsverbindungselement (11) gefördert wird, wobei im Bereich des Strömungsverbindungs elementes (11) mittels einer ersten Elektrode (20) und einer zweiten Elektrode (21), welche den metallischen Werkstoff mittels Schmelzekontaktflächen (24, 25) kontaktieren, mit Strom beaufschlagt wird und gleichzeitig ein Magnetfeld auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze (4) einwirkt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20,
21) bei Bedarf mittels Heizelementen (38, 39) beheizt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Gießen der Schmelze (4) eine Gießvorrichtung (1) verwendet wird, welche als Niederdruckgieß Vor richtung oder als Gegendruckgießvorrichtung ausgebildet ist, wobei die Gießvorrichtung (1) einen Ofen (2) umfasst, in dem ein Aufnahmeraum (3) zur Aufnahme von Schmelze (4) aus gebildet ist, wobei der Aufnahmeraum (3) mittels des Strömungsverbindungselementes (11) mit einer Gussform (7) gekoppelt ist, wobei
- beim Start des Gießvorganges der Druck im Aufnahmeraum (3) erhöht wird, um die Schmelze (4) durch das Strömungs Verbindungselement (11) in die Gussform (7) zu drücken, wobei
- erst bei Erreichen einer vordefinierten Schmelzemenge, welche durch das Strömungsverbin dungselement (11) geströmt ist, im Strömungs Verbindungselement (11) die Schmelze mit Strom beaufschlagt wird und gleichzeitig das Magnetfeld aktiviert wird, welches auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze (4) einwirkt, um die Schmelze im Strömungsver bindungselement (11) zu bremsen.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Auf nahmeraum (3) derart erhöht wird, dass an einem Einlauf der Gussform (7) ein konstanter Druckanstieg, insbesondere ein Druckanstieg zwischen 16mbar/s und 45mbar/s, bevorzugt zwischen 23mbar/s und 35mbar/s erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Strö mungsverbindungselement (11) die Schmelze mit Strom beaufschlagt wird und das Magnet feld aktiviert wird, welches auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze (4) ein wirkt, um die Schmelze im Strömungs Verbindungselement (11) zu bremsen, wenn ein Schmelzespiegel der Schmelze (4) von einem Anschnitt (13) in einen Formhohlraum (10) ein strömt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Simulationsmodell berechnet wird, bei welchem Druckanstieg und bei welchen Akti vierzeiten und Aktivierintensitäten des Magnetfeldes und bei welchen Aktivierzeiten und Ak tivierintensitäten der Strombeaufschlagung der Schmelze (4) ein Gießvorgang mit möglichst wenigen Lunkern im Guss Werkstück erreicht werden kann.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20, 21) dann beheizt werden, wenn der Schmelzefluss im Strömungsverbindungs element (11) gestoppt wird, insbesondere dass ein Heizvorgang zum Beheizen der Elektroden (20, 21) mit einer Vorlaufzeit vor dem Stoppen des Schmelzeflusses oder vor dem Unter schreiten einer minimalen Durchflussgeschwindigkeit gestartet wird, wobei die Vorlaufzeit zwischen 1 Sekunde und 180 Sekunden, insbesondere zwischen 5 Sekunden und 120 Sekun den, bevorzugt zwischen 10 Sekunden und 60 Sekunden beträgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungs Verbindungselement (11) die Schmelze mit Strom beaufschlagt wird und das Mag netfeld aktiviert wird, welches auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze (4) einwirkt, um die Schmelze im Strömungsverbindungselement (11) zu bremsen, noch bevor ein Schmelzespiegel der Schmelze (4) von einem Anschnitt (13) in einen Formhohlraum (10) einströmt und dass währenddessen der Druck im Aufnahmeraum (3) erhöht wird und dass zu einem vorgegebenen Zeitpunkt das Magnetfeld deaktiviert wird.
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