AT525116B1 - Gießvorrichtung zum Gießen einer Schmelze, sowie ein Verfahren zum Gießen einer Schmelze - Google Patents

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. Im Bereich der ersten Elektrode (20) ist zumindest ein erstes Heizelement (38) angeordnet und im Bereich der zweiten Elektrode (21) ist zumindest ein zweites Heizelement (39) angeordnet.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung zum Gießen einer Schmelze, sowie ein Verfahren zum Gießen einer Schmelze.

[0002] Aus der EP1097013B1 ist eine Elektromagnetische Pumpe zum Fördern einer Schmelze zwischen einem Schmelzofen und einer Gussform bekannt.

[0003] Der Aufbau der EP1097013B1 weist den Nachteil auf, dass besonders bei paramagnetischen Werkstoffen, wie etwa Aluminium die Elektromagnetische Pumpe eine schlechte Wirksamkeit aufweist.

[0004] Eine weitere Gießvorrichtung ist aus der US 2002190444 A1 bekannt. Darüber hinaus offenbaren die WO 2019204845 A1 und die US 2743492 A ebenfalls Gießvorrichtungen.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels derer auch paramagnetische Werkstoffe befördert werden können.

[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen gelöst.

[0007] Erfindungsgemäß ist eine Gießvorrichtung zum Gießen einer Schmelze eines metallischen Werkstoffes ausgebildet, wobei die Gießvorrichtung ein Strömungsverbindungselement zur Leitung der Schmelze aufweist. Am Strömungsverbindungselement sind eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode angeordnet, wobei die erste Elektrode eine erste Schmelzekontaktfläche 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 Strömungsverbindungselement ist ein Magnetelement angeordnet, welches dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze aufzubringen.

[0008] Die erfindungsgemäße Gießvorrichtung bringt den Vorteil mit sich, dass damit die Qualität des Gießprozesses verbessert werden kann.

[0009] 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.

[0010] 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 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 und/oder Abkühlens der Schmelze im Bereich der Elektroden besteht.

[0011] 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 erfindungsgemäßen Maßnahmen kann erreicht werden, dass die Schmelze hierbei nicht im Bereich der Elektroden erstarrt.

[0012] Ferner kann vorgesehen sein, dass das erste Heizelement und das zweite Heizelement jeweils in Form eines Widerstandheizelementes, insbesondere mit einem keramischen Heizleiter, ausgebildet 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 ei-

nem keramischen Heizleiter können schnell auf eine hohe Temperatur aufgeheizt werden.

[0013] Ferner kann vorgesehen sein, dass zwei der ersten Heizelemente an gegenüberliegenden Seiten 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.

[0014] Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode einen rechteckigen Querschnitt aufweist und dass zwei der ersten Heizelemente an gegenüberliegenden Seiten des Querschnittes der ersten Elektrode angeordnet sind. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Elektrode über ihren Querschnitt gleichmäßig aufgeheizt werden kann.

[0015] Weiters kann vorgesehen sein, dass die Heizelemente derart dimensioniert sind, dass bei Ausfall eines der beiden Heizelemente das zweite der Heizelemente noch eine ausreichende Wärmeenergie zum Halten der benötigten Temperatur aufbringen kann.

[0016] 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.

[0017] 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 Heizelemente angeordnet ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Elektrode über ihren Querschnitt gleichmäßig aufgeheizt werden kann.

[0018] 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 Graphitwerkstoff eine hohe Temperaturbeständigkeit auf.

[0019] Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn die Elektroden in einem von den Schmelzekontaktflächen abgewandten zweiten Bereich einen austenitischen Werkstoff aufweisen. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass ein Austenitischer Werkstoff bei ausreichender Temperaturbeständigkeit 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.

[0020] Weiters kann vorgesehen sein, dass die Heizelemente jeweils im zweiten Bereich der Elektroden angeordnet sind.

[0021] Weiters kann vorgesehen sein, dass im zweiten Bereich der ersten Elektrode Bohrungen ausgebildet 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.

[0022] Weiters kann vorgesehen sein, dass im zweiten Bereich der zweiten Elektrode Bohrungen ausgebildet sind, in welchen stabförmige erste Heizelemente angeordnet sind.

[0023] In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Bohrungen für die stabförmigen Heizelemente ausgehend von der Trennfläche zwischen dem ersten Bereich der Elektrode und dem zweiten Bereich der Elektrode in den zweiten Bereich der Elektrode eingebracht sind.

[0024] Weiters kann vorgesehen sein, dass die Heizelemente in Form von Flachheizern ausgebildet sind, welche einen rechteckigen Querschnitt aufweisen können.

[0025] Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Magnetelement eine erste Spule und eine zweite Spule umfasst, welche an zwei diametral gegenüberliegenden Seiten des Querschnit-

tes des Strömungsverbindungselementes angeordnet sind. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass durch eine derartige Anordnung ein hohes Magnetfeld auf das Strömungsverbindungselement aufgebracht werden kann.

[0026] Weiters kann vorgesehen sein, dass das Magnetelement einen magnetischen Kern, insbesondere einen Eisenkern umfasst, welcher C-förmig ausgebildet ist und derart im Bereich des Strömungsverbindungselementes angeordnet ist, dass das Strömungsverbindungselement zwischen 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 magnetischen 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.

[0027] Weiters kann vorgesehen sein, dass mehrere der Strömungsverbindungselemente ausgebildet sind, welche gleichmäßig verteilt um ein Zentrum angeordnet sind, wobei zwischen den Strömungsverbindungselementen einzelne magnetische Kernsegmente angeordnet sind, wobei ein magnetisches Kernsegment jeweils an einem ersten Längsende einem ersten der Strömungsverbindungselemente zugewandt ist und an einem zweiten Längsende einem zweiten der Strömungsverbindungselemente zugewandt ist, wobei das erste Längsende des magnetischen Kernsegmentes von einer ersten der Einzelspulen umgeben ist und das zweite Längsende des magnetischen Kernsegmentes von einer zweiten der Einzelspulen umgeben ist. Diese Anordnung der magnetischen Kernsegmente kann um den Umfang verteilt gleich ausgebildet sein. Bei einem derartigen Aufbau ist es denkbar, dass zwei Strömungsverbindungselemente, drei Strömungsverbindungselemente, vier Strömungsverbindungselemente, fünf Strömungsverbindungselemente oder eine höhere Anzahl an Strömungsverbindungselementen gleichmäßig um den Umfang verteilt angeordnet sind.

[0028] In einer ersten Ausführungsvariante ist es denkbar, dass die Einzelspulen alle gemeinsam mit Strom beaufschlagt werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen.

[0029] 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.

[0030] Gemäß einer besonderen Ausprägung ist es möglich, dass das Magnetelement mehrere Einzelspulen umfasst, welche gleichmäßig verteilt um den Querschnitt des Strömungsverbindungselementes angeordnet sind, wobei zwischen den Einzelspulen magnetische Kernsegmente angeordnet sind, wobei ein magnetisches Kernsegment jeweils an einem ersten Längsende von einer ersten der Einzelspulen umgeben ist und an einem zweiten Längsende von einer zweiten der Einzelspulen umgeben ist. Eine derartige Konfiguration bringt den Vorteil mit sich, dass eine erhöhte Wirkung des Magnetfeldes erreicht werden kann.

[0031] 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.

[0032] Weiters kann vorgesehen sein, dass die Elektroden wechselbar sind.

[0033] Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass im Strömungsverbindungselement eine erste Ausnehmung ausgebildet ist, welche zur Aufnahme der ersten Elektrode dient. Weiters kann eine zweite Ausnehmung ausgebildet sein, welche zur Aufnahme der zweiten Elektrode dient.

[0034] 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.

[0035] 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 eingesetzten Zustand die zweite Ausnehmung verschließt.

[0036] Weiters kann vorgesehen sein, dass an der ersten Elektrode ein erstes Positionierungselement ausgebildet ist, welches zur formschlüssigen Positionierung der ersten Elektrode im Strömungsverbindungselement dient. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das erste Positionierungselement zur axialen Positionierung und somit zur Bestimmung der Lage der ersten Schmelzekontaktfläche dient.

[0037] In einer ersten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das erste Positionierungselement in Form eines Absatzes ausgebildet ist, wobei die erste 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 erste Elektrode mittels eines ersten Andrückelementes in das Strömungsverbindungselement eingedrückt wird, sodass der Absatz an die Anlagefläche des Strömungsverbindungselementes gepresst wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das erste Andrückelement in Form eines Federelementes ausgebildet ist.

[0038] Weiters kann vorgesehen sein, dass an der Anlagefläche oder am Absatz ein Dichtungselement 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 Strömungsverbindungselement erreicht werden kann.

[0039] Weiters kann vorgesehen sein, dass an der zweiten Elektrode ein zweites Positionierungselement ausgebildet ist, welches zur formschlüssigen Positionierung der zweiten Elektrode im Strömungsverbindungselement dient. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das zweite Positionierungselement zur axialen Positionierung und somit zur Bestimmung der Lage der ersten Schmelzekontaktfläche dient.

[0040] In einer ersten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das zweite Positionierungselement 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 Strömungsverbindungselement eingedrückt wird, sodass der Absatz an die Anlagefläche des Strömungsverbindungselementes gepresst wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das zweite Andrückelement in Form eines Federelementes ausgebildet ist.

[0041] Weiters kann vorgesehen sein, dass an der Anlagefläche oder am Absatz ein Dichtungselement 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 Strömungsverbindungselement erreicht werden kann.

[0042] Weiters kann vorgesehen sein, dass die erste Schmelzekontaktfläche und die zweite Schmelzekontaktfläche eine Oberfläche in Form eines Zylindersegmentes aufweisen und im verbauten Zustand der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode die Innenmantelfläche des Strömungsverbindungselementes fortsetzen.

[0043] In einer alternativen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt des Strömungsverbindungselementes zumindest abschnittsweise rechteckig ist und dass die beiden Schmelzekontaktflächen einander gegenüberliegend und parallel zueinander angeordnet sind. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der Kurzschlussstrom gleichmäßig über die Erstreckung der Schmelzekontaktflächen zwischen diesen fließen kann. Dadurch kann ein gleichmäßigeres Magnetfeld in der Schmelze erzeugt werden.

[0044] Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die Elektroden jeweils mittels lösbarer Klemmkontakte mit Stromquellen gekoppelt sind. Dadurch können die einzelnen Elektroden bei Bedarf einfach und unkompliziert gewechselt werden.

[0045] Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Gießen einer Schmelze eines metallischen Werkstoffes. Die Schmelze des metallischen Werkstoffes wird mittels einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, welche den metallischen Werkstoff mittels Schmelzekontakt-

flächen 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.

[0046] 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.

[0047] 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 Elektroden unterbunden werden kann.

[0048] Weiters ist es denkbar, dass die Elektroden bei einem ausreichend hohen und konstanten Schmelzefluss im Strömungsverbindungselement nicht beheizt werden.

[0049] Ferner kann vorgesehen sein, dass zum Gießen der Schmelze eine Gießvorrichtung verwendet wird, welche als Niederdruckgießvorrichtung oder als Gegendruckgießvorrichtung ausgebildet ist, wobei die Gießvorrichtung einen Ofen umfasst, in dem ein Aufnahmeraum zur Aufnahme von Schmelze ausgebildet ist, wobei der Aufnahmeraum mittels des Strömungsverbindungselementes 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 Strömungsverbindungselement geströmt ist, im Strömungsverbindungselement die Schmelze mit Strom beaufschlagt wird und gleichzeitig das Magnetfeld aktiviert wird, welches auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze einwirkt, um die Schmelze im Strömungsverbindungselement zu bremsen.

[0050] 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, welches im Vergleich zu bekannten Gusswerkstücken wenige Lunker bzw. Lufteinschlüsse aufweisen kann. Insbesondere durch das Bremsen der Schmelze mittels des Magnetfeldes kann eine Beruhigung der Schmelze beim Gießen erreicht werden, um ein verbessertes Gusswerkstück erzeugen zu können. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass ein verbessertes Gussergebnis dann erreicht werden kann, wenn nicht das Magnetfeld bzw. die Strombeaufschlagung der Schmelze von Beginn des Gießvorganges an aktiviert sind, sondern erst zu einem gewissen Zeitpunkt während des Gießvorganges aktiviert werden.

[0051] Weiters kann vorgesehen sein, dass der Druck im Aufnahmeraum derart erhöht wird, dass an einem Einlauf der Gussform ein konstanter Druckanstieg, insbesondere ein Druckanstieg zwischen 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.

[0052] Insbesondere können die im obigen Absatz angegeben Werte einen Druckanstieg des Differenzdruckes zwischen dem Aufnahmeraum und dem Formhohlraum betreffen. Wenn beispielsweise bei einem Gegendruckgieß verfahren der Gegendruck im Formhohlraum vergrößert oder verkleinert wird, kann dies entsprechend berücksichtigt werden, um einen konstanten Druckanstieg erreichen zu können.

[0053] Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, wenn im Strömungsverbindungselement 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 Strömungsverbindungselement zu bremsen, wenn ein Schmelzespiegel der Schmelze von einem Anschnitt in einen Formhohlraum einströmt. Dies bringt ein überraschend gutes Gießergebnis mit wenigen Lunkern im Einlaufbereich mit sich. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schmelze mit Strom beaufschlagt wird und gleichzeitig das Magnetfeld aktiviert wird.

[0054] Ferner kann vorgesehen sein, dass in einem computerimplementierten Simulationsmodell berechnet wird, bei welchem Druckanstieg und bei welchen Aktivierzeiten und Aktivierintensitäten des Magnetfeldes und bei welchen Aktivierzeiten und Aktivierintensitäten der Strombeaufschlagung der Schmelze ein Gießvorgang mit möglichst wenigen Lunkern im Gusswerkstück erreicht werden kann. Weiters kann im computerimplementierten Simulationsmodell eine Druckkurve der Druckbeaufschlagung im Schmelzeaufnahmeraum berücksichtigt werden. Weiters kann das Simulationsmodell auf den Bereich des Eintrittes in die Gussform beschränkt sein, wobei die Strömungsgeschwindigkeiten am Eintritt des Strömungsverbindungselementes nicht berücksichtigt sein können. Dieses Berechnungsergebnis kann zum Festlegen der Aktivierzeiten und Aktivierintensitäten des Magnetfeldes und Aktivierzeiten und Aktivierintensitäten 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 berücksichtigt werden kann und die Zeit zum Erhalt von unterschiedlichen Ergebnisse wesentlich verkürzt werden kann.

[0055] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das computerimplementierte Simulationsmodell unter Anwendung eines künstlichen neuronalen Netzwerkes die Berechnungen durchführt.

[0056] Weiters kann vorgesehen sein, dass ein digitaler Zwilling der Gießvorrichtung erstellt wird und dass das computerimplementierte Simulationsmodell während des Gießvorganges angepasst wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass Schmelzeeigenschaften, wie eine Schmelzetemperatur, gemessen wird und die Parameter des Gießprozesses, wie etwa die zeitliche 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.

[0057] Ferner kann vorgesehen sein, dass mittels der Maschinensteuerung eine Änderung der an den Spulen anliegenden Strom oder Spannung oder auch eine Anderung der an den Elektroden anliegenden 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.

[0058] Darüber hinaus kann durch die gemessenen Ströme und Spannungen auf das Vorliegen von Fehlern rückgeschlossen werden. Insbesondere können die erfassten Ströme und Spannungen, sowie sonstige Sensorwerte in einer Simulation des Gießprozesses berücksichtigt werden. Somit kann auf die Qualität des Gusswerkstückes rückgeschlossen werden. Bei einer Erwartung eines Qualitätsmangels kann eine Qualitätsprüfung des Gusswerkstückes empfohlen werden.

[0059] Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass ein Heizvorgang zum Beheizen der Elektroden mit einer Vorlaufzeit vor dem Stoppen des Schmelzeflusses oder vor dem Unterschreiten einer minimalen Durchflussgeschwindigkeit gestartet wird, wobei die Vorlaufzeit zwischen 1 Sekunde und 600 Sekunden, insbesondere zwischen 5 Sekunden 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 bereits ausreichend aufgeheizt sein können, um ein lokales Erstarren der Schmelze im Bereich der Elektroden zu verhindern.

[0060] Ferner kann vorgesehen sein, dass im Strömungsverbindungselement 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 Strömungsverbindungselement zu bremsen, noch bevor ein Schmelzespiegel der Schmelze von einem Anschnitt in einen Formhohlraum einströmt und dass währenddessen der Druck im Aufnahmeraum erhöht wird und dass zu einem vorgegebenen Zeitpunkt das Magnetfeld deaktiviert wird. Dadurch kann erreicht werden, dass im Aufnahmeraum ein erhöhter Druck aufgebaut wird, ohne dass dabei Schmelze in den Formhohlraum einströmt. Anschließend kann die Schmelze mit erhöhter Geschwindigkeit in den Formhohlraum einströmen gelassen werden. Dies bringt eine Verkürzung der Taktzeit mit sich.

[0061] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Druck im Aufnahmeraum entsprechend dem obigen Absatz erhöht wird, während ein bereits gegossenes Gusswerkstück aus dem Formhohlraum entnommen wird. Anschließend kann das Magnetfeld zumindest zeitweise deaktiviert werden, wenn der Formhohlraum wieder geschlossen wird.

[0062] 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.

[0063] 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 zwischen 550°Celsius und 850°Celsius, insbesondere zwischen 700°Celsius und 750°Celsius betragen. Beispielsweise für AISI10Mg liegt die Liquidustemperatur bei 594°Celsius und die Solidustemperatur bei 561°Celsius.

[0064] Vorteilhaft ist es darüber hinaus, die Heizregelung der Elektroden in Abhängigkeit der Erstarrungszeit des zu gießenden Bauteils und der Erstarrungstemperatur der Schmelze auszulegen, so dass die Temperatur der Schmelze, die sich während der Erstarrung des Bauteils im Bereich 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 Bereich der Elektroden weniger abkühlt.

[0065] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0066] Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

[0067] Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gießvorrichtung in Form einer NiederdruckKokillengießvorrichtung oder Gegendruck-Kokillengießvorrichtung;

[0068] Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gießvorrichtung in Form einer Niederdruck-Kokillengießvorrichtung oder Gegendruck-Kokillengießvorrichtung;

[0069] Fig. 3 eine schematische Querschnittansicht des Strömungsverbindungselementes; [0070] Fig. 4 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie IV-IV aus Fig. 3;

[0071] Fig. 5 eine schematische Querschnittansicht des Strömungsverbindungselementes eines weiteren Ausführungsbeispiels der Gießvorrichtung;

[0072] Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Gießvorrichtung gemäß der Schnittlinie IV-IV aus Fig. 3;

[0073] Fig. 7 eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Gießvorrichtung gemäß der Schnittlinie IV-IV aus Fig. 3;

[0074] Fig. 8 ein Diagramm eines zeitlichen Verlaufes eines Füllvorganges eines Formhohlraumes einer Gussform.

[0075] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0076] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Gießvorrichtung 1. Die Gießvorrichtung 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Niederdruck-Kokillengießvorrichtung oder als Gegendruck-Kokillengießvorrichtung ausgebildet.

[0077] Die Gießvorrichtung 1 kann einen Ofen 2 umfassen, in dem ein Aufnahmeraum 3 zur Aufnahme 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 Tiegel 5 kann aus einem keramischen Werkstoff gebildet sein, welcher eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist. Der Ofen 2 kann insbesondere dazu dienen, um die Schmelze 4 auf einem hohen Temperaturniveau zu halten, sodass sie im geschmolzenen Zustand verbleibt.

[0078] 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 aufweist. Die beiden Gussformteile 8, 9 bilden einen Formhohlraum 10 aus, welcher zur Aufnahme der Schmelze 4 und zur Formgebung des Gusswerkstückes dient.

[0079] Die Gussform 7 kann beispielsweise in Form einer Kokille ausgebildet sein, welche zum Abgießen von mehreren Werkstücken geeignet ist.

[0080] 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 Werkstückes dient.

[0081] Weiters ist ein Strömungsverbindungselement 11 ausgebildet, welches zum Leiten der Schmelze 4 vom Tiegel 5 in den Formhohlraum 10 dient. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Strömungsverbindungselement 11 als Steigrohr 12 ausgebildet, welches in den Aufnahmeraum 3 des Ofens 2 hineinragt und die Formaufspannplatte 6 durchdringt. Der untere Gussformteil 8 kann direkt an das Steigrohr 12 anschließen und einen Anschnitt 13 aufweisen, in welchen das Steigrohr 12 mündet. Außerdem ist stark vereinfacht eine Tragkonstruktion 14 dargestellt, die mit dem oberen Gussformteil 9 gekoppelt sein kann und zum Bewegen des oberen Gussformteiles 9 relativ zum unteren Gussformteil 8 dienen kann.

[0082] Der Ofen 2 kann darüber hinaus eine Druckluftzufuhröffnung 15 aufweisen, durch welche Druckluft in den Aufnahmeraum 3 des Ofens 2 eingebracht werden kann. Durch beaufschlagen des Aufnahmeraums 3 des Ofens 2 mit Druckluft wird die Schmelze 4 im Steigrohr 12 in den Formhohlraum 10 gedrückt.

[0083] 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 ringförmig 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 Permanentmagnet vorgese-

hen sein.

[0084] 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 Elektrode 21 umfassen kann, welche dazu ausgebildet sind, um die Schmelze 4, welche im Steigrohr 12 transportiert wird, mit Strom zu beaufschlagen. Mittels dem Magnetelement 16 kann eine Lorenzkraft 22 auf die im Strömungsverbindungselement 11 geführte Schmelze 4 ausgeübt werden. Die Lorenzkraft 22 kann hierbei in einer Förderrichtung 23 wirken oder aber auch entgegen der Förderrichtung 23 wirken.

[0085] Eine erste Schmelzekontaktfläche 24 der ersten Elektrode 20 und eine zweite Schmelzekontaktfläche 25 der zweiten Elektrode 21 kann in die Innenmantelfläche 19 des Strömungsverbindungselementes 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.

[0086] Insbesondere ist es denkbar, dass die Lorenzkraft 22 als Förderunterstützung zum Fördern der Schmelze 4 vom Tiegel 5 in den Formhohlraum 10 wirkt.

[0087] Weiters ist es auch denkbar, dass die Lorenzkraft 22 zum Bremsen der im Strömungsverbindungselement 11 geförderten Schmelze 4 dient.

[0088] In weiteren Ausführungsbeispielen ist es auch denkbar, dass die Gießvorrichtung 1 als andere Art von Gießvorrichtung 1 ausgebildet ist, welche ein Strömungsverbindungselement 11 aufweisen.

[0089] In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist es auch denkbar, dass das Magnetelement 16 zwischen der Formaufspannplatte 6 und der Gussform 7 angeordnet ist.

[0090] Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Niederdruck-Kokillengießvorrichtung bzw. Gegendruck-Kokillengießvorrichtung.

[0091] 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.

[0092] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass das Magnetelement 16 in die Formaufspannplatte 6 integriert ist und in diesem Bereich das Strömungsverbindungselement 11 umgibt.

[0093] In den Figuren 3 und 4 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 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.

[0094] Fig. 3 das weitere Ausführungsbeispiel der Gießvorrichtung 1, insbesondere im Bereich des Magnetelementes 16, in einer schematischen Querschnittansicht geschnitten durch das Strömungsverbindungselement 11 auf Höhe der Elektroden 20, 21.

[0095] 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.

[0096] Die weitere Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels der Gießvorrichtung 1 erfolgt anhand einer Zusammenschau der Figuren 3 und 4.

[0097] 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 Strömungskanal des Strömungsverbindungselementes 11 begrenzen.

[0098] Weiters kann vorgesehen sein, dass im Strömungsverbindungselement 11 eine erste Ausnehmung 26 ausgebildet ist, in welche die erste Elektrode 20 eingesetzt ist. Weiters kann vorgesehen sein, dass im Strömungsverbindungselement 11 eine zweite Ausnehmung 27 ausgebildet ist, in welcher die zweite Elektrode 21 eingesetzt ist. Die Ausnehmungen 26, 27 können das Strömungsverbindungselement 11 durchdringen.

[0099] An der ersten Elektrode 20 kann ein erstes Positionierungselement 28 ausgebildet sein, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise als Absatz ausgebildet ist, welcher an einer ersten Anlagefläche 29 des Strömungsverbindungselementes 11 zur Anlage gebracht werden kann.

[00100] An der zweiten Elektrode 21 kann ein zweites Positionierungselement 30 ausgebildet sein, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise als Absatz ausgebildet ist, welcher an einer zweiten Anlagefläche 31 des Strömungsverbindungselementes 11 zur Anlage gebracht werden kann.

[00101] Weiters kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode 20 mittels eines ersten Klemmkontaktes 32 mit einem ersten Pol 33 einer Stromquelle gekoppelt ist.

[00102] Weiters kann vorgesehen sein, dass die zweite Elektrode 21 mittels eines zweiten Klemmkontaktes 34 mit einem zweiten Pol 35 der Stromquelle gekoppelt ist.

[00103] Weiters kann ein erstes Andrückelement 36 ausgebildet sein, mittels welchem die erste Elektrode 20 in ihrer Position in der ersten Ausnehmung 26 gehalten wird.

[00104] 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.

[00105] 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.

[00106] 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 Eisenkerns 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 angeordnet 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 Kern 41 im Bereich des zweiten offenen Endes 43 umgeben.

[00107] Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Gießvorrichtung 1. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, 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. Zwischen 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 Strömungsverbindungselemente 11 zugewandt. Das erste Längsende 46 des magnetischen Kernsegmentes 45 ist jeweils von einer ersten der Einzelspulen 44 umgeben und das zweite Längsende 47 des magnetischen Kernsegmentes 45 ist jeweils von einer zweiten der Einzelspulen 44 umgeben.

[00108] In einer alternativen Ausführungsvariante ist es auch denkbar, dass pro magnetischem Kernsegment 45 jeweils nur eine Einzelspule 44 ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Einzelspule 44 mittig des magnetischen Kernsegmentes 45 angeordnet ist.

[00109] Somit sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen den vier Strömungsverbindungselementen 11 vier magnetische Kernsegmente 45 angeordnet wobei je magnetischem Kernsegment 45 zwei der Einzelspulen 44 ausgebildet sind.

[00110] In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können dies beispielsweise auch zwei, drei, fünf, sechs, sieben, acht und auch mehrere Strömungsverbindungselemente 11 sein.

[00111] Weiters ist es denkbar, dass die einzelnen Einzelspulen 44 mit einer gemeinsamen Stromquelle 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.

[00112] Weiters ist es denkbar, dass die einzelnen Elektroden 20, 21 mit einer gemeinsamen Stromquelle 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.

[00113] 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 vorangegangenen Figuren 1 bis 5 hingewiesen bzw. Bezug genommen.

[00114] Wie aus Fig. 6 ersichtlich, kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode 20 einen ersten Bereich 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 zweiten Bereich 51 aufweist.

[00115] Der erste Bereich 48, 49 und der zweite Bereich 50, 51 können jeweils lose aneinander anliegen. Weiters ist es auch denkbar, dass der erste Bereich 48, 49 und der zweite Bereich 50, 51 mittels einer Fügeverbindung miteinander gekoppelt sind.

[00116] Wie aus Fig. 6 gut ersichtlich, kann jeweils vorgesehen sein, dass die Heizelemente 38, 39 im zweiten Bereich 50, 51 angeordnet sind.

[00117] 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 vorangegangenen Figuren 1 bis 6 hingewiesen bzw. Bezug genommen.

[00118] 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.

[00119] Fig. 8 zeigt ein Diagramm eines zeitlichen Verlaufes eines Füllvorganges zum Füllen eines Formhohlraumes einer Gussform mit Schmelze.

[00120] In der Fig. 8 sind unterschiedliche zeitliche Verläufe von verschiedenen Füllkurven mit unterschiedlichen Anstiegen des Druckes im Strömungsverbindungselement 11, insbesondere im Steigrohr 12, gezeigt. Auf der Abszisse ist die Füllzeit aufgetragen. Auf der Ordinate ist die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze im Steigrohr 12 aufgetragen.

[00121] 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.

[00122] 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.

[00123] 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 herkömmliche Gießverfahren, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt sind.

[00124] 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 repräsentiert der Abfall der Strömungsgeschwindigkeit am Ende der Füllkurve 52, 53, 54 das Ende der Fülldauer des Gießvorganges.

[00125] 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 erreicht werden, welches weniger Lufteinschlüsse aufweist.

[00126] Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten 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.

[00127] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Gießvorrichtung 30 zweites Positionierungsele2 Ofen ment 3 Aufnahmeraum 31 zweite Anlagefläche 4 Schmelze 32 erster Klemmkontakt 5 Tiegel 33 erste Stromquelle 6 Formaufspannplatte 34 zweiter Klemmkontakt 7 Gussform 35 zweite Stromquelle 8 unterer Gussformteil 36 erstes Andrückelement 9 oberer Gussformteil 37 zweites Andrückelement 10 Formhohlraum 38 erstes Heizelement 11 Strömungsverbindungsele- 39 zweites Heizelement

ment 40 zweite Spule 12 Steigrohr 41 Magnetischer Kern 13 Anschnitt 42 erstes offenes Ende des mag14 Tragkonstruktion netischen Kerns 15 Druckluftzufuhröffnung 43 zweites offenes Ende des 16 Magnetelement magnetischen Kerns 17 Elektromagnet 44 Einzelspule 18 erste Spule 45 Magnetisches Kernsegment 19 Innenmantelfläche 46 erstes Längsende magneti20 erste Elektrode sches Kernsegment 21 zweite Elektrode 47 zweites Längsende magneti22 Lorzenkraft sches Kernsegment 23 Förderrichtung 48 erster Bereich erste Elektrode 24 erste Schmelzekontaktfläche 49 erster Bereich zweite Elekt25 zweite Schmelzekontaktfläche rode 26 erste Ausnehmung 50 zweiter Bereich erste Elekt27 zweite Ausnehmung rode 28 erstes Positionierungselement 51 zweiter Bereich zweite Elekt29 erste Anlagefläche rode

52 erste Füllkurve 53 zweite Füllkurve 54 dritte Füllkurve

Claims (17)

Patentansprüche

1. Gießvorrichtung (1) zum Gießen einer Schmelze (4), wobei die Gießvorrichtung (1) ein Strömungsverbindungselement (11) zur Leitung der Schmelze (4) aufweist, wobei am Strömungsverbindungselement (11) eine erste Elektrode (20) und eine zweite Elektrode (21) angeordnet sind, 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) die im Strömungsverbindungselement (11) geführte Schmelze (4) kontaktiert und dass am Strömungsverbindungselement (11) ein Magnetelement (16) angeordnet ist, welches ein Magnetfeld auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze (4) aufbringt, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der ersten Elektrode (20) zumindest ein erstes Heizelement (38) angeordnet ist und im Bereich der zweiten Elektrode (21) zumindest ein zweites Heizelement (39) angeordnet ist.

2, Gießvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Heizelement (38) und das zweite Heizelement (39) jeweils in Form eines Widerstandheizelementes, insbesondere mit einem keramischen Heizleiter, ausgebildet sind.

3. Gießvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (20) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und dass zwei der ersten Heizelemente (38) an gegenüberliegenden Seiten des Querschnittes der ersten Elektrode (20) angeordnet sind.

4. Gießvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20, 21) in einem ersten Bereich (48, 49) der Schmelzekontaktflächen (24, 25) einen Graphitwerkstoff aufweisen.

5. Gießvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20, 21) in einem von den Schmelzekontaktflächen (24, 25) abgewandten zweiten Bereich (50, 51) einen austenitischen Werkstoff aufweisen.

6. Gießvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Bereich (50) der ersten Elektrode (20) Bohrungen ausgebildet sind, in welchen stabförmige erste Heizelemente (38) angeordnet sind.

7. Gießvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (16) eine erste Spule (18) und eine zweite Spule (40) umfasst, welche an zwei diametral gegenüberliegenden Seiten des Querschnittes des Strömungsverbindungselementes (11) angeordnet sind.

8. Gießvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (16) einen magnetischen Kern (41) umfasst, welcher C-förmig ausgebildet ist und im Bereich des Strömungsverbindungselementes (11) angeordnet ist, wobei das Strömungsverbindungselement (11) zwischen einem ersten offenen Ende (42) des magnetischen Kerns (41) und einem zweiten offenen Ende (43) des magnetischen Kerns (41) angeordnet ist und 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.

9. Gießvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Strömungsverbindungselemente (11) ausgebildet sind, welche gleichmäßig verteilt um ein Zentrum angeordnet sind, wobei zwischen den Strömungsverbindungselementen (11) einzelne magnetische Kernsegmente (45) angeordnet sind, wobei ein magnetisches Kernsegment (45) jeweils an einem ersten Längsende (46) einem ersten der Strömungsverbindungselemente (11) zugewandt ist und an einem zweiten Längsende (47) einem zweiten der Strömungsverbindungselemente (11) zugewandt ist, wobei das erste Längsende (46) des magnetischen Kernsegmentes (45) von einer ersten der Einzelspulen (44) umgeben ist und das zweite Längsende (47) des magnetischen Kernsegmentes (45) von einer zweiten der Einzelspulen (44) umgeben ist.

10. Gießvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Spulen (18, 40, 44) eine Kühlvorrichtung ausgebildet ist.

11. Gießvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20, 21) jeweils mittels lösbarer Klemmkontakte (32) mit Stromquellen gekoppelt sind.

12. Verfahren zum Gießen einer Schmelze (4), wobei die Schmelze (4) des metallischen Werkstoffes während des Gießvorganges durch ein Strömungsverbindungselement (11) gefördert wird, wobei im Bereich des Strömungsverbindungselementes (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, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20, 21) bei Bedarf mittels Heizelementen (38, 39) beheizt werden, wobei im Bereich der ersten Elektrode (20) zumindest ein erstes Heizelement (38) angeordnet ist und im Bereich der zweiten Elektrode (21) zumindest ein zweites Heizelement (39) angeordnet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Gießen der Schmelze (4) eine Gießvorrichtung (1) verwendet wird, welche als Niederdruckgießvorrichtung oder als Gegendruckgießvorrichtung ausgebildet ist, wobei die Gießvorrichtung (1) einen Ofen (2) umfasst, in dem ein Aufnahmeraum (3) zur Aufnahme von Schmelze (4) ausgebildet 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 Strömungsverbindungselement (11) in die Gussform (7) zu drücken, wobei

- erst bei Erreichen einer vordefinierten Schmelzemenge, welche durch das Strömungsverbindungselement (11) geströmt ist, im Strömungsverbindungselement (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 Strömungsverbindungselement (11) zu bremsen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Aufnahmeraum (3) erhöht wird, wobei 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.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsverbindungselement (11) die Schmelze mit Strom beaufschlagt wird und das Magnetfeld aktiviert wird, welches auf den mit Strom beaufschlagten Bereich der Schmelze (4) einwirkt, um die Schmelze im Strömungsverbindungselement (11) zu bremsen, wenn ein Schmelzespiegel der Schmelze (4) von einem Anschnitt (13) in einen Formhohlraum (10) einströmt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20, 21) dann beheizt werden, wenn der Schmelzefluss im Strömungsverbindungselement (11) gestoppt wird, insbesondere dass ein Heizvorgang zum Beheizen der Elektroden (20, 21) mit einer Vorlaufzeit vor dem Stoppen des Schmelzeflusses oder vor dem Unterschreiten einer minimalen Durchflussgeschwindigkeit gestartet wird, wobei die Vorlaufzeit zwischen 1 Sekunde und 180 Sekunden, insbesondere zwischen 5 Sekunden und 120 Sekunden, bevorzugt zwischen 10 Sekunden und 60 Sekunden beträgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsverbindungselement (11) die Schmelze mit Strom beaufschlagt wird und das Magnetfeld 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.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen