DE10157349A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Giessen von metallischen Materialien - Google Patents

Abstract

Zur Sicherstellung von kurzen Zykluszeiten sowie der Sicherung einer großen Variabilität beim Gießvorgang wird eine Vorrichtung zum Gießen von metallischen Materialien vorgeschlagen mit einer Vorrichtung zum Aufbereiten des metallischen Materials in fließfähiger Form, einem Vorratsbehälter zur Aufnahme des aufbereiteten metallischen Materials und einer Einspritzeinheit mit einer Kolben/Zylinderanordnung, wobei der Vorratsbehälter mit dem aufbereiteten metallischen Material im Wesentlichen kontinuierlich beschickbar ist, wobei die Vorrichtung zum Aufbereiten des metallischen Materials in Fließverbindung mit dem Vorratsbehälter steht, wobei die Kolben/Zylinderanordnung der Einspritzeinheit getrennt von dem Vorratsbehälter ausgebildet und der Vorratsbehälter und die Kolben/Zylinderanordnung jeweils mit separaten Heizvorrichtungen ausgebildet sind und wobei der Vorratsbehälter mit der Einspritzeinheit über eine unterbrechbare Fließverbindung verbunden ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Gießen von metallischen Materialien, wie sie im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausprägungen bekannt geworden sind.
• Beispielsweise ist aus dem US-Patent 5,881,796 eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, bei der geschmolzenes Material in einen temperierbaren Vorratsbehälter überführt wird, in dem dann das geschmolzene Material auf eine Temperatur zwischen Solidus und Liquidus abgekühlt wird. Um das Material in diesem Temperaturbereich fließfähig zu halten, ist eine Rührvorrichtung vorgesehen, die zum einen für eine homogene Temperaturverteilung sorgt und außerdem dazu dient, durch das Erzeugen einer Scherwirkung auf die sich beim Abkühlen bildenden Dendriten diese wieder abzubauen.
• Aufgrund der zyklischen Zugabe von geschmolzenem Material zu dem Vorratsbehälter ergeben sich dort Temperaturschwankungen, die nur dann ausreichend klein gehalten werden können, wenn das in dem Vorratsbehälter vorhandene und verbleibende Volumen an metallischem Material entsprechend groß ist. Empfohlen wird, die zyklischen Zugaben, die einem Schußgewicht entsprechen, auf kleiner 10% des Volumens im Vorratsbehälter zu beschränken bzw. umgekehrt das Volumen im Vorratsbehälter entsprechend groß zu wählen.
• Bei größeren Schußgewichten wird dies zum Problem und limitiert auch die Flexibilität bei der Konstruktion der Gießvorrichtung.
• Auf Grund der bei der Verarbeitung von Metallen notwendigerweise relativ hohen Temperaturen, und dies gilt auch beim Gießen von Leichtmetallen wie Magnesium und Aluminium, werden besondere Anforderungen an die Bauteile einer Gießvorrichtung gestellt, die zusammen mit dem relativ hohen Schussgewicht besondere Probleme bereiten.
• Die im Stand der Technik vorgeschlagenen Vorrichtungen weisen zum Teil das Problem auf, dass die Aufbereitungsaggregate in Abhängigkeit von der Weiterverarbeitung des aufbereiteten metallischen Materials betrieben werden müssen, so dass der theoretisch denkbare Durchsatz der Aufbereitungsaggregate nicht ausgenutzt werden kann. Um trotzdem zu relativ kurzen Zykluszeiten zu kommen, ist es dann notwendig, das Aufbereitungsaggregat im Verhältnis zu dem jeweils abgezogenen Schussgewicht überzudimensionieren, um die Aufbereitungszeiten möglichst kurz zu halten.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Probleme bei einer Gießvorrichtung möglichst zu vermeiden und eine große Variabilität in der Temperaturführung beim Gießvorgang zuzulassen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Gießen von metallischen Materialien gelöst, welche eine Vorrichtung zum Aufbereiten des metallischen Materials in fließfähiger Form, einen Vorratsbehälter zur Aufnahme des aufbereiteten metallischen Materials und eine Einspritzeinheit mit einer Kolben/Zylinderanordnung aufweist. Hierbei wird die Vorrichtung zum Aufbereiten des metallischen Materials in Fließverbindung mit dem Vorratsbehälter stehen und der Vorratsbehälter mit der Einspritzeinheit über eine unterbrechbare Fließverbindung verbunden sein. Die Kolben/Zylinderanordnung der Einspritzeinheit ist getrennt von dem Vorratsbehälter ausgebildet, und der Vorratsbehälter sowie die Kolben/Zylinderanordnung sind jeweils mit separaten Heizvorrichtungen ausgebildet.
• Auf Grund der Konzeption der Gießvorrichtung mit einem Vorratsbehälter, der das aufbereitete metallische Material von der Aufbereitungsvorrichtung empfängt, kann ein kontinuierlicher Betrieb der Aufbereitungsvorrichtung realisiert werden, so dass diese mit maximaler Effizienz genutzt werden kann. Die separate Einspritzeinheit, die mit dem Vorratsbehälter über eine Fließverbindung, welche unterbrechbar ist, verbunden ist, sorgt dafür, dass die im System beim Einspritzvorgang auftretenden Kräfte auf die Einspritzeinheit beschränkt bleiben, so dass nur hier mit besonderer mechanischer Festigkeit konzipiert werden muss. Die Möglichkeit, die Verbindung zwischen Einspritzeinheit und Vorratsbehälter zu unterbrechen, sorgt dafür, dass kein Rückfluss an metallischem Material von der Einspritzeinheit in den Vorratsbehälter möglich ist und erlaubt, den Druck in der Einspritzeinheit aufzubauen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet die Integration zahlreicher Funktionen in einem einzelnen hochbelasteten Aggregat. Dadurch werden keine großen Komponenten aus teuren Hochtemperaturwerkstoffen benötigt, und diese Materialien brauchen nur gezielt in den jeweils betroffenen separaten Bestandteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden.
• Durch die funktionsmäßige Trennung von Vorrichtungseinheiten resultiert neben einer größeren Flexibilität in der Auslegung der Vorrichtung ein geringerer Verschleiß, da eine aus der Spritzgießtechnik bekannte Rückströmsperre vermieden wird und da bewegte Massen minimiert werden können.
• Regelmäßig fällig werdende Wartungsarbeiten sowie anfallende Reparaturen lassen sich ohne aufwändige Demontage des gesamten Aufbereitungs- und Spritzaggregates durchführen.
• Die erfindungsgemäße Gießvorrichtung erlaubt eine flexible Anpassung an unterschiedliche Anforderungen zu verarbeitender Materialien und kurze Zykluszeiten durch paralleles Aufbereiten während des gesamten Zyklus. Ferner lässt sich das Einspritzaggregat leicht an gewünschte Einspritzleistungen anpassen, beispielsweise durch eine geeignete Wahl der Kolbengröße. Dies kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung unabhängig von der Auslegung der weiteren Vorrichtungsaggregate vorgenommen werden.
• Bei einer ersten alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufbereitungsvorrichtung das metallische Material in flüssiger Form aufbereitet oder aber dieses mindestens in einem vorgegebenen Zeitraum in flüssiger Form aufbereitet und dann gegebenenfalls wieder in einen Zustand zwischen Liquidus und Solidus zurückführt, in dem das Material thixotrope Eigenschaften aufweist. Dies hat den Vorteil, dass das Ausgangsmaterial einmal vollständig aufgeschmolzen war, so dass die Vorgeschichte, d. h. das Gefüge des Ausgangsmaterials, für die Eigenschaften des Endprodukts keine Rolle mehr spielt.
• Alternativ kann bei dem Aufbereitungsaggregat das Ausgangsmaterial direkt und ohne den Umweg über die vollständig verflüssigte Form in thixotroper Form aufbereitet werden, was gegenüber der vorgenannten Alternative kostengünstiger ist, da nur der Energieeintrag verwendet wird, mit dem das Material in den thixotropen Zustand überführt werden kann. Außerdem minimiert dies die thermische Belastung der Konstruktionswerkstoffe der Vorrichtung.
• Da beide Varianten ihre Vorzüge aufweisen, wird eine erfindungsgemäße Gießvorrichtung bevorzugt so ausgelegt, dass sowohl die eine als auch die andere Temperaturführung bzw. Art der Aufbereitung mit der Aufbereitungsvorrichtung realisierbar ist.
• Der Vorratsbehälter der Gießvorrichtung weist vorzugsweise eine Vorrichtung zum Rühren des metallischen Materials auf. Durch den Rührvorgang kommt es zu einer erzwungenen Konvektion im Vorratsbehälter und damit zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung auch wenn das Vorratsvolumen etwas größer ist und damit die Verweilzeit des aufbereiteten metallischen Materials in dem Vorratsbehälter länger wird bzw. anders ausgedrückt, das Schussgewicht im Verhältnis zu dem Volumen des Vorratsbehälters relativ gering ist.
• Hierzu eignet sich z. B. eine mechanische Rührvorrichtung, alternativ jedoch auch eine elektromagnetische Rührvorrichtung. Nebenbei bemerkt sei, dass mit der elektromagnetischen Rührvorrichtung gleichzeitig ein definierter Wärmeeintrag in das aufbereitete metallische Material im Vorratsbehälter möglich ist, so dass hier unter Umständen eine separate Heizvorrichtung zum Konstanthalten der Temperatur des metallischen Materials entfallen kann.
• Eine weitere Alternative besteht darin, in der Fliessverbindung zwischen dem Vorratsbehälter und der Einspritzeinheit einen statischen Mischer anzuordnen, der für einen ausreichenden Abbau der dendritischen Strukturen beim Übertritt des aufbereiteten metallischen Materials aus dem Vorratsbehälter in die Einspritzeinheit sorgt. Selbstverständlich ist auch in diesem Fall noch eine Kombination mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer erzwungenen Konvektion in dem Volumen des Vorratsbehälters möglich und teilweise auch wünschenswert, insbesondere wenn die Volumina an metallischem Material in dem Vorratsbehälter vergleichsweise lange mittlere Verweilzeiten aufweisen.
• Die Einspritzeinheit, die separat von dem Vorratsbehälter ausgebildet ist, weist eine Kolben/Zylinderanordnung auf, die außerhalb des Volumens des Vorratsbehälters angeordnet wird. Ein Körperkontakt zwischen der Kolben/ Zylinderanordnung und dem Vorratsbehälter muss nicht notwendigerweise vermieden werden, sondern es kann durchaus bei bestimmten Gießvorrichtungen von Interesse sein, die Heizvorrichtung des Vorratsbehälters zum Temperieren der Einspritzeinheit bzw. von deren Kolben/Zylinderanordnung mitzunutzen, so dass die Anordnung von Vorratsvolumen und Kolben/Zylinderanordnung quasi in einem Block von Interesse sein kann. Trotzdem kann die Kolben/Zylinderanordnung noch über eine eigene Heizvorrichtung verfügen.
• Variabler ist man allerdings dann, wenn man die Einspritzeinheit bzw. deren Kolben/ Zylinderanordnung und den Vorratsbehälter baulich völlig trennt und mit baulich getrennten Heizvorrichtungen ausrüstet. Hier kann dann in Abstimmung mit dem herzustellenden Gießbauteil die Temperatur bei der Kolben/Zylinderanordnung gegebenenfalls einfacher variiert werden, um die Viskosität des einzuspritzenden aufbereiteten metallischen Materials an die geometrischen Gegebenheiten des zu produzierenden Bauteils anzupassen.
• Wie zuvor erwähnt, ist einer der Vorteile der vorliegenden Gießvorrichtung der, dass kontinuierlich arbeitende Aufbereitungsvorrichtungen verwendet werden können. Demzufolge weist eine bevorzugte Gießvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine kontinuierlich arbeitende Aufbereitungsvorrichtung auf.
• Hierbei wird man dann mit einem Vorratsbehälter arbeiten, der einen variablen Füllstand an aufbereitetem metallischem Material erlaubt.
• Vorzugsweise wird dann ein Restvolumen in dem Vorratsbehälter oberhalb des aktuellen Füllstandes an aufbereitetem metallischem Material mit einem Schutzgas befüllt. Bei der Variation des Füllstandes im Vorratsbehälter wird das Schutzgasvolumen entsprechend variiert.
• Bevorzugt wird dafür gesorgt, dass die Fließverbindung von der Aufbereitungsvorrichtung in den Vorratsbehälter unterhalb dem Minimalniveau des Füllstands im Vorratsbehälter einmündet. Dadurch kommt das frische, von der Aufbereitungsvorrichtung zufließende aufbereitete metallische Material nicht mit dem Gasvolumen über der Füllstandshöhe des Vorratsbehälters in Kontakt und vermeidet so auch den Kontakt mit einer Gasatmosphäre, die gegebenenfalls mit oxidierenden Agentien kontaminiert sein kann.
• Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Schutzgasvolumen bei einer Variation des Füllstandes einen im Wesentlichen konstanten Druckwert beibehält. Hierfür wird vorzugsweise eine Druckregelung verwendet. Der Druckwert kann hierbei durchaus einem Unterdruck entsprechen, was den Vorteil hat, dass die im Vorratsbehälter angesammelte Masse an aufbereitetem metallischem Material entgast wird.
• Bevorzugt wird das Gasvolumen in dem Vorratsbehälter Teil eines Durchflusssystems der Gießvorrichtung sein, so dass ein ständiger Austausch des Schutzgases oberhalb des oberen Füllstands im Vorratsbehälter stattfindet. Insbesondere lassen sich auf diesem Weg ausgasende metallische Materialien von diesen Verunreinigungen befreien.
• Unter Kostengesichtspunkten wird das Schutzgasvolumen vorzugsweise Teil eines geschlossenen Durchflusssystems sein, bei dem dann, insbesondere bei ausgasenden Ausgangsmaterialien, eine Reinigungsvorrichtung für das Schutzgas mit eingebaut ist.
• Bevorzugt wird bei einer erfindungsgemäßen Gießvorrichtung die Kolben/Zylinderanordnung den Zylinder in einer im Wesentlichen senkrechten Stellung umfassen, d. h. die Axialrichtung des Zylinders der Kolben/Zylinderanordnung ist vertikal angeordnet. Auf Grund der für den Gießvorgang entsprechend mechanisch fest auszubildenden Kolben und des dabei erzielten Gewichtes wird der Kolben in aller Regel nicht bereits durch die Füllstandshöhe im Vorratsbehälter aus seiner einen Endposition, bei der das Einspritzvolumen minimal ist, in seine Stellung zurückgedrängt, in der das Einspritzvolumen dem Schussvolumen entspricht. Deshalb wird vorzugsweise der Kolben aktiv gesteuert in seine Schussposition zurückgefahren.
• Ähnliches gilt auch bei einer alternativen Ausführungsform, bei der die Kolben/Zylinderanordnung den Zylinder in einer im Wesentlichen horizontalen Stellung umfasst.
• Die bei dem Schuss auftretenden Kräfte im Bereich der Kolben/Zylinderanordnung können ausgenutzt werden, um zu einer zusätzlichen Abdichtung zwischen dem Kolben und der Zylinderwand zu führen. Hierbei weist der Kolben an seiner Umfangsfläche mindestens eine ringsum laufende Nut mit mindestens einem Dichtungsring auf, und der Kolben weist zusätzlich an seiner Stirnseite mindestens eine Öffnung auf, welche über mindestens einen Kanal mit der Nut am Umfang des Kolbens verbunden ist. Durch den ansteigenden Druck an der Stirnseite des Kolbens beim Schuss dringt aufbereitetes metallisches Material in die Öffnung ein und fließt über den Kanal in die Ringnut an der Umfangsfläche des Kolbens und drückt dort den Dichtungsring nach außen gegen die Innenwand des Zylinders. Dadurch wird bei gesteigertem Schussdruck gleichzeitig der Druck, der den Dichtungsring gegen die Innenoberfläche des Zylinders drückt, erhöht und somit die Abdichtungswirkung des Dichtungsrings erhöht.
• Die unterbrechbare Fließverbindung zwischen dem Vorratsbehälter und der Einspritzeinheit kann ein Rückschlagventil umfassen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung hier ein aktiv verschließbares Element, beispielsweise eine Schieberkonstruktion, umfasst.
• Die Aufbereitungsvorrichtungen, insbesondere solche, die kontinuierlich arbeiten, weisen bevorzugt einen Extruder auf. Der Extruder kann mit seiner Längsachse zur Horizontalen einen Winkel im Bereich von 0° bis 45° (in Förderrichtung nach unten geneigt) einschließen und ausgangsseitig das aufbereitete Material direkt in den Vorratsbehälter auf einem Niveau unterhalb des Minimalfüllstands fördern.
• Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Extruder das aufbereitete metallische Material oberhalb des Maximalfüllstands in den Vorratsbehälter fördert, wobei dann über eine sich im Vorratsbehälter weiterhin erstreckende Schottwand die Schmelzezufuhr unterhalb das Niveau des Minimalfüllstands des Vorratsbehälters geführt wird.
• Dies hat den Vorteil, dass, wenn der maximal zulässige Füllstand des Vorratsbehälters dann noch unterhalb des Extruderauslasses liegt, keine Rückströmung zur Schnecke des Extruders hin auftreten kann.
• Bevorzugt weist das Aufbereitungsaggregat bzw. die Aufbereitungsvorrichtung eine Aufgabeeinheit auf, über die ein metallisches Ausgangsmaterial dem Extruder dosiert zuführbar ist. In Frage kommen hier Schneckendosierer, Zellraddosierer und andere.
• Weiter bevorzugt wird die Aufgabeeinheit dem Extruder das Ausgangsmaterial mit Unterfütterung zuführen, was den Vorteil hat, dass Brückenbildung vermieden wird und Förderdurchsatz (d. h. Schussgewicht pro Zykluseinheit und Scherrate (d. h. Drehzahl der Schnecke)) unabhängig voneinander sind.
• Weiter bevorzugt wird als Ausgangsmaterial ein Feststoff verwendet und die Aufgabeeinheit mit einer Heizvorrichtung versehen, die ein Vorerwärmen des Feststoffes, bevor er den Extruder erreicht, zulässt.
• Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Gießen von metallischen Materialien, wobei das metallische Material zunächst in fließfähiger Form kontinuierlich aufbereitet und einem Vorratsbehälter, der ein konstantes Volumen und eine variable Füllstandshöhe aufweist, zugeführt wird, und wobei das metallische Material periodisch in eine Einspritzeinheit mit einer Kolben/Zylinderanordnung überführt und von dort in ein Formenwerkzeug eingespritzt wird.
• Die zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung genannten Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren, das von demselben Grundsatz der funktionsmäßigen Trennung der Vorrichtungseinheiten profitiert.
• Bei der Verfahrensführung gibt es zwei bevorzugte Alternativen, die je nach Zielsetzung ausgewählt werden. In beiden Fällen wird bevorzugt von einem festen Ausgangsmaterial ausgegangen und dieses in einem Aufbereitungsaggregat aufgeheizt.
• Bei einer ersten erfindungsgemäßen bevorzugten Variante wird das Material auf eine Temperatur oberhalb der Liquidustemperatur aufgeheizt, so dass eine einheitliche, vollständig flüssige Phase entsteht und erst danach wieder auf eine Temperatur abgekühlt, welche oberhalb der Solidustemperatur liegt, aber die Liquidustemperatur nicht überschreitet, so dass ein Material mit flüssiger und festen Phasen entsteht und dieses dann dem Vorratsbehälter zugeführt wird. Das Material wird dann in diesem halbfesten, thixotropen Zustand weiterverarbeitet, d. h. an die Einspritzeinheit überführt und von dort in diesem Zustand in das Formenwerkzeug eingespritzt.
• Der Vorteil dieser Verfahrensführung liegt darin, dass das ursprünglich in dem Ausgangsmaterial vorhandene Gefüge des metallischen Materials durch die vollständige Verflüssigung aufgehoben und so in dem erhaltenen Bauteil eine homogene Struktur erhalten wird. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist der höhere Energieverbrauch und eine größere Aufheizrate oder aber eine aufwändigere Aufbereitungseinheit. Zusätzlich werden die Konstruktionswerkstoffe höher beansprucht. Ferner stellt diese Vorgehensweise höhere Anforderungen an die Dichtungstechnik, und es ist mit erhöhter Gaslöslichkeit und Oxidation zu rechnen.
• Die hierzu bestehende Variante beim Ausgehen von festen Ausgangsmaterialien liegt darin, dass die Verarbeitungstemperatur zwischen Solidus und Liquidus direkt angefahren wird, d. h. aus dem ursprünglich festen Material wird direkt, ohne den Umweg über die einheitliche, vollständig flüssige Phase, d. h. ohne eine zwischenzeitliche Temperaturerhöhung oberhalb Liquidus der halbfeste Zustand erreicht, in dem flüssige und feste Phasen nebeneinander vorliegen. Die vorerwähnten Vorteile können sich hier gegebenenfalls als Nachteile erweisen, während andererseits ein geringerer Energieverbrauch, geringere Aufheizraten, geringere Beanspruchung der Konstruktionswerkstoffe, geringere Anforderungen an die Dichtungstechnik und gegebenenfalls geringere Gaslöslichkeit und Oxidationsneigung zu den Vorteilen dieser Arbeitsweise zählen.
• Das aufbereitete metallische Material wird in dem Vorratsbehälter einer Scherwirkung ausgesetzt, indem dort eine Konvektion erzwungen wird, um sich ausbildende dendritische Strukturen abzubauen.
• Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Temperierung des Vorratsbehälters bzw. des Materials in dem Vorratsbehälter und des Materials in der Einspritzeinheit getrennt und unabhängig voneinander vorgenommen, um so maximale Flexibilität in der Verfahrensführung zu erhalten. Eine Variationsfreiheit in puncto Temperaturführung ist deshalb von besonderer Bedeutung, weil die Viskosität des aufbereiteten metallischen Materials sehr stark von der Temperatur, d. h. letztendlich von dem Feststoffanteil in dem halbfesten Material, abhängt. Unterschiedliche Viskositäten des aufbereiteten Materials können sich empfehlen in Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie und den sich dadurch ergebenden Strömungsverhältnissen beim Einspritzvorgang.
• Um das aufbereitete metallische Material in dem Vorratsbehälter während seiner Verweildauer dort vor Oxidationsvorgängen zu schützen, wird dieses bevorzugt unter einem Schutzgasvolumen gehalten.
• Bei einem weiter bevorzugten Verfahren wird der Kolben der Kolben/Zylinderanordnung aktiv bewegt und das aufbereitete metallische Material aus dem Vorratsbehälter nicht auf Grund von Schwerkrafteffekten, sondern aktiv aus dem Vorratsbehälter in die Einspritzeinheit eingefördert. Dies erleichtert auch gleichzeitig die Dosierung des jeweils geforderten Schussgewichts.
• Bei einer möglichen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das als Feststoff vorgelegte Ausgangsmaterial, bevor es in dem Aufbereitungsaggregat in den halbfesten oder einheitlichen, vollständig flüssigen Zustand gebracht wird, vorzugsweise unter Schutzgasatmosphäre, vorgewärmt. Dadurch kann die Aufheizrate innerhalb des Aufbereitungsaggregats niedriger gewählt werden oder, beispielsweise indem dort ein Extruder verwendet wird, dieser etwas kürzer gebaut werden.
• Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden an Hand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gießvorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
• Fig. 2 eine detaillierte ausschnittsweise Darstellung der Vorrichtung von Fig. 1;
• Fig. 3 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung;
• Fig. 3a eine ausschnittsweise Darstellung der Ausführungsform der Fig. 3 in Aufsicht;
• Fig. 4 eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung;
• Fig. 5 eine Detaildarstellung einer Einspritzeinheit einer erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 4;
• Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Gießvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Durchflusssystem für Schutzgas; und
• Fig. 7 ein Temperatur/Zeitdiagramm mit zwei Temperaturverlaufskurven für alternative Verfahrensvarianten.
• Fig. 1 zeigt im Einzelnen eine erfindungsgemäße Gießvorrichtung 10 mit einem Aufbereitungsaggregat 12, das über eine Aufgabevorrichtung 14 mit festem metallischem Material 16 beaufschlagt wird, einem Vorratsbehälter 18, einer Einspritzeinheit 20 und einem Spritzgießwerkzeug 22.
• Die Aufgabeeinheit 14 ist mit einer Heizvorrichtung 24 ausgestattet, mit der das feste Aufgabematerial, beispielsweise metallisches Granulat, vorgeheizt werden kann, so dass es schon mit einer höheren Temperatur in das Aufbereitungsaggregat 12 gelangt.
• Das Aufbereitungsaggregat 12 ist hier schematisch als Extruder dargestellt, mit einer Extruderschnecke 26, die in dem Extruderzylinder 28 angetrieben wird und so das von der Aufgabeeinheit 14 kommende feste metallische Material einzieht und in Richtung zur Austragsdüse 29 des Extruders fördert. Eine Heizvorrichtung 30, die entlang der Förderstrecke angeordnet ist, sorgt für den notwendigen Wärmeeintrag, so dass das metallische Material mindestens teilweise aufgeschmolzen und so in einen fließfähigen oder flüssigen, gegebenenfalls thixotropen Zustand gebracht wird, in Abhängigkeit von der dabei jeweils erzielten Temperatur. Die Zieltemperatur liegt immer über Solidus, häufig aber im Bereich zwischen Solidus und Liquidus, d. h. in einem Bereich, in dem zwei Phasen, nämlich eine feste und eine flüssige Phase, des metallischen Materials vorliegen, sowie gelegentlich auch über Liquidus. Der Extruder des Aufbereitungsaggregats 12 mündet mit seiner Austragsdüse 29 in den Vorratsbehälter 18, der wiederum mit einer Heizvorrichtung 32 ausgestattet ist, mit der das aufbereitete metallische Material 34 in den Vorratsbehälter 18 auf der gewünschten Temperatur zur Erhaltung des halbfesten thixotropen Zustandes temperiert werden kann. Um dendritische Anteile, die sich bei einer Verweildauer des metallischen Materials in dem Vorratsbehälter 18 bilden können, wieder abzubauen und so das aufbereitete metallische Material in fließfähiger Form zu erhalten, ist eine Rührvorrichtung 36 vorgesehen, die eine Konvektion innerhalb des metallischen Materials 34 erzwingt und durch die dabei entstehende Scherwirkung die Dendriten zu mehr globulitischen Partikeln abbaut.
• Der Eintritt des aufbereiteten metallischen Materials in das Volumen 34 an metallischem Material in dem Vorratsbehälter 18 geschieht vorzugsweise, wie in Fig. 1 gezeigt, so, dass es unterhalb des Minimalfüllstandes des Vorratsbehälters 18 in das Volumen 34 eintritt und somit gar nicht mit der Gasatmosphäre der Umgebung in Berührung kommt. Dafür sorgt ein im Inneren des Behälters 18 angeordnetes Leitblech 31.
• Oberhalb des Niveaus des metallischen Materials 34 existiert in dem Vorratsbehälter 18 ein Gasvolumen 38, welches mit dem Füllstand des Vorratsbehälters 18 variiert. Dieses Gasvolumen 38 wird vorzugsweise von einem Schutzgas gebildet.
• Aus dem Vorratsbehälter 18 wird das fließfähige metallische Material des Volumens 34 mittels einer Verbindungsleitung 40 in die Einspritzeinheit 20 überführt, die aus einer Kolben/Zylindereinheit 42 und einer Heizvorrichtung 33 besteht.
• Die Verbindungsleitung 40 beinhaltet ein Ventil 44, mit dem die Fließverbindung über die Verbindungsleitung 40 zwischen dem Volumen 34 und der Einspritzeinheit 20 geschlossen werden kann, um einen Druckaufbau beim Schuß- bzw. Gießvorgang zu erlauben, ohne dass das Material in den Vorratsbehälter 18 zurück gedrückt wird.
• Fig. 2 zeigt eine ausschnittsweise Darstellung der Gießvorrichtung 10 der Fig. 1, wobei gleiche Teile wiederum mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
• Anhand dieser Figur soll eine Variante der Verbindungsleitung 40 zwischen dem Vorratsbehälter 18 und der Einspritzeinheit 20 näher erläutert werden.
• Die Verbindungsleitung 40 beinhaltet hier einen Abschnitt 46, in dem ein statischer Mischer 48 angeordnet ist. Der statische Mischer 48 ist so ausgebildet, dass er eine ausreichende Konvektion in dem durchfließenden fließfähigen metallischen Material erzeugt, um eventuell vorhandene Dendriten abzubauen und um das metallische Material in fließfähigem, insbesondere in gut einspritzbarem Zustand in die Einspritzeinheit 20 gelangen zu lassen.
• Ist die Verweildauer des aufbereiteten metallischen Materials in dem Volumen 34 des Vorratsbehälters 18 ausreichend gering und/oder sind die thermischen Bedingungen in dem Vorratsbehälter 18 entsprechend günstig einstellbar, dann kann unter Umständen bei Vorhandensein des statischen Mischers 48 in der Verbindungsleitung 40 auf die Rührvorrichtung 36 in dem Vorratsbehälter 18 verzichtet werden.
• In Fig. 3 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung 10 dargestellt, die hier mit 10' bezeichnet ist. Ein Aufbereitungsaggregat ist hier durch den Funktionsblock "Schmelzezuführung" ersetzt und kann gleich ausgebildet sein wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2.
• Wiederum wird das aufbereitete fließfähige metallische Material einem Vorratsbehälter 50 zugeführt, in dem ein variables Volumen 52 an aufbereitetem fließfähigem metallischem Material vorgehalten wird. Oberhalb dem Volumen 52 an fließfähigem metallischem Material ist ein Gasvolumen 54 angeordnet, welches entsprechend den Änderungen des Volumens 52 ebenfalls sein Volumen ändert, so dass die Volumina 52 und 54 in der Summe konstant sind. Das Gasvolumen wird vorzugsweise von einem Schutzgas gebildet.
• Am Umfang trägt der Vorratsbehälter 50 eine Heizvorrichtung 54 in Form einer elektrischen Heizwendel und darüber hinaus eine elektromagnetische Rührvorrichtung 56, mit der ein elektromagnetisches Feld eine erzwungene Konvektion in dem Volumen 52 erzeugt. Diese erzwungene Konvektion reicht aus, um eventuell in dem fließfähigen aufbereiteten metallischen Material entstehende Dendriten zu mehr globulitischen Partikelformen abzubauen. Von dem Volumen 52 gelangt das aufbereitete fließfähige metallische Material über eine Verbindungsleitung 58, die vorzugsweise wie in Fig. 3 dargestellt ein Ventil 60 beinhaltet, zu einer Einspritzeinheit 62, welche hier aufgebaut ist wie das entsprechende Aggregat der Ausführungsform der Fig. 1 und 2.
• Von der Einspritzeinheit 62 gelangt das fließfähige metallische Material beim Einspritzvorgang über einen Kanal 64 zu einem Gießwerkzeug 66 bzw. dessen Kavität 68.
• Fig. 3a beinhaltet eine ausschnittsweise Aufsicht-Darstellung der Gießvorrichtung 10' der Fig. 3. Hier ist in der Verbindungsleitung 58 zwischen dem Vorratsbehälter 50 und der Einspritzeinheit 62 ein Ventil in Form eines Rückschlagventils 60 vorgesehen. Statt dem Rückschlagventil könnte beispielsweise auch ein Drehschieberventil angeordnet sein, um beim Einspritzvorgang ein Zurückfließen von metallischem Material in den Vorratsbehälter 50 zu vermeiden.
• Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung und ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet. Diese Gießvorrichtung 70 stellt eine Variante der Gießvorrichtung 10 der Fig. 1 dar.
• In Fig. 4 wird über eine Aufgabeeinheit 72 festes metallisches Material in eine Aufbereitungseinheit 74 gefördert (hier schematisch als Extruder dargestellt), in der das metallische Material in eine fließfähige Form gebracht und aufbereitet wird.
• Aus dem Aufbereitungsaggregat 74 gelangt das aufbereitete metallische Material in einen Vorratsbehälter 76, in dem eine Rührvorrichtung 78 angeordnet ist, mit welcher in dem im Vorratsbehälter 76 vorrätig gehaltenen metallischen fließfähigen Material eine erzwungene Konvektion erzeugt werden kann. Der Aufbau des Aufbereitungsaggregats 74 sowie der Aufbau des Vorratsbehälters 76 mit Rührvorrichtung 78 ist wie bei der Ausführungsform, die in Fig. 1 gezeigt ist.
• Im Unterschied zu der Ausführungsform der Fig. 1 schließt sich bei der Gießvorrichtung 70 die Verbindungsleitung 80, über die aufbereitetes metallisches Material aus dem Vorratsbehälter 76 ausgetragen wird, im Bodenbereich des Vorratsbehälters 76 an und führt mit einem Ventil 82 zu einer Einspritzeinheit 84, die hier im Gegensatz zu der Anordnung der Einspritzeinheit 20 der Fig. 1 nicht vertikal sondern horizontal angeordnet ist. Damit führt in der Einspritzeinheit der Kolben des Kolben/Zylinderaggregats eine Horizontalbewegung durch, im Unterschied zu der Einspritzeinheit 20 der Fig. 1, wo eine vertikale Bewegung erfolgt.
• An die Einspritzeinheit 84 schließt sich wiederum ein Gießwerkzeug 86 an, in dem die Kavität für das Gießteil angeordnet ist.
• Fig. 5 zeigt eine Einzelheit einer Einspritzeinheit 90, wie sie der Einspritzeinheit 20 der Fig. 1 oder der Einspritzeinheit 84 der Fig. 4 entspricht.
• Die Einspritzeinheit 90 beinhaltet einen Einspritzzylinder 92 und einen Einspritzkolben 94 dessen Kolbenstange 96 den Kolben in vertikaler Richtung auf und ab führt. Der Kolben 95 weist an seiner Stirnseite 98 eine Öffnung 100 auf, welche mit einer Querbohrung 102 im Kolben 95 kommuniziert. Die Querbohrung 102 verläuft diagonal durch die Symmetrieachse des Kolbens 95 und endet an jedem Ende in einer Ringnut 104 an der Aussenfläche 106 des Kolbens 85. In der Ringnut 104 des Kolbens 95 ist ein Dichtungsring 108 angeordnet, der zusammen mit weiteren Dichtungsringen 110, 112 der Abdichtung eines Einspritzvolumens 114 dient. Wird der Kolben 95 beim Einspritzvorgang nach unten bewegt, fließt durch den dabei auftretenden Druck fließfähiges metallisches Material über die Öffnung 100 in die Querbohrung 102 und von dort zu der Ringnut 104 am Aussenumfang des Kolbens 95. Aufgrund des sich aufbauenden Drucks im Einspritzvolumen 114 wird der in der Ringnut 104 eingesetzte Dichtungsring 108 nach aussen gegen die Innenoberfläche des Zylinders 92 gedrückt und verstärkt so dessen Dichtungswirkung.
• Schließlich zeigt Fig. 6 eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gießvorrichtung 120 mit einem Schutzgassystem 122. Bei dieser alternativen Ausführungsform einer Gießvorrichtung 120 wird ein Aufbereitungsaggregat 124 verwendet, welches vom Aufbau einem topfähnlichen Schmelzeofen ähnelt, bei dem festes metallisches Material eingegeben wird und auf eine Temperatur oberhalb Solidus erwärmt wird. Ungefähr diagonal zu dem Volumen des Aufbereitungsaggregats 124 verläuft die Welle einer Rührvorrichtung 126, auf der Rührelemente angeordnet sind, die der Durchmischung des Materials in dem Aufbereitungsaggregat 124 dienen. Das Aufbereitungsaggregat 124 wird von einer Heizvorrichtung 128 beheizt, die am Boden und an den Seitenwänden des Aufbereitungsaggregats 124 angeordnet ist.
• Im Bodenbereich des Aufbereitungsaggregats 124 weist dieses eine Öffnung auf, über die aufbereitetes metallisches Material austreten und über eine Verbindungsleitung 130 einem Vorratsbehälter 132 zugeführt werden kann. Bei der gezeigten Variante erstreckt sich die Welle der Rührvorrichtung 126 bis in die Verbindungsleitung hinein und durch diese hindurch und trägt an ihrem die Verbindungsleitung 130 durchsetzenden Abschnitt wendelförmige Vorsprünge, die einer definierten Zufuhr von aufbereitetem fließfähigem metallischem Material zu dem Vorratsbehälter 132 dienen. Gleichzeitig verhindern diese das Übertreten von festen noch nicht aufbereiteten metallischen Materialanteilen aus dem Aufbereitungsaggregat 124 in den Vorratsbehälter 132. Darüber hinaus können diese Funktionselemente der Rührvorrichtung 126 dazu dienen, im Falle, dass das fließfähige metallische Material auf eine Temperatur zwischen Liquidus und Solidus gehalten wird, eventuell sich aufbauende dendritische Strukturen abzubauen und die feste Phase(n) in Form von mehr globulitischen Partikeln in der Metallschmelze zu stabilisieren. Die Verbindungsleitung 130 umfasst vorzugsweise eine eigenständig betreibare Heizvorrichtung 134, so dass hier gegebenenfalls beim Übertritt des aufbereiteten metallischen Materials vom Aufbereitungsaggregat 124 zum Vorratsbehälter 132 eine Temperaturänderung nach oben oder unten vorgenommen werden kann.
• In dem Vorratsbehälter 132 wird bereits bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen das aufbereitete metallische Material vorrätig gehalten für den Einspritzvorgang und zur Vermeidung des Aufbaus von dendritischen Strukturen ist der Vorratsbehälter 132 mit einer Rührvorrichtung 136 ausgestattet. Diese ist vorliegend als mechanische Rührvorrichtung gezeigt, jedoch kann auch eine alternative, beispielsweise elektromagnetische Rührvorrichtung hier Verwendung finden, wie diese beispielsweise im Rahmen der Beschreibung der Fig. 3 geschildert wurde.
• Der Vorratsbehälter 132 weist wieder eine gesonderte Heizvorrichtung 138 auf.
• Das metallische Material tritt über eine Verbindungsleitung 140 in eine Einspritzeinheit 142 über, wobei die Verbindungsleitung 140 vorzugsweise einen Schließmechanismus wie ein Rückschlagventil oder ein Schieberventil umfasst, um das Volumen des Vorratsbehälters 132 von dem Volumen der Einspritzeinheit 142 während dem Einspritzvorgang druckfest trennen zu können.
• Bevorzugt weist auch die Einspritzeinheit 142 eine separate Heizvorrichtung 144 auf, die schließlich ein nochmaliges Konditionieren des aufbereiteten schmelzflüssigen bzw. fließfähigen metallischen Materials vor dem Einspritzvorgang erlaubt.
• Bei den hohen Temperaturen, die zum Aufschmelzen des metallischen Materials notwendig sind, ist dieses in der Regel extrem reaktionsfähig, so dass sich die Verwendung einer Schutzgasatmosphäre in unterschiedlichen Teilen der Spritzgießvorrichtung 120 empfiehlt.
• Das Schutzgassystem 122 umfasst deshalb eine oder mehrere Schutzgasquellen 146, die über Leitungen 148, 149, 150 mit den mit Schutzgas zu beaufschlagenden Teilen der Gießvorrichtung 120 verbunden sind. Zunächst einmal ist wichtig, den Teil des Aufbereitungsaggregats 124, der Kontakt mit der Umgebung hat, unter Schutzgasatmosphäre zu setzen, um die Bildung beispielsweise von oxidischen Materialien, die sich störend im Endprodukt auswirken würden, zu vermeiden.
• Des weiteren ist das Volumen in dem Vorratsbehälter 132 oberhalb des Füllstandes des fließfähigen metallischen Materials mit einer Schutzgasatmosphäre zu beaufschlagen, um dort das Entstehen von oxidischen Verbindungen zu vermeiden. Schließlich ist bei der Einspritzeinheit 142 und zwar ausgangsseitig eine Schutzgasbeaufschlagung vorgesehen, um in den Zyklen zwischen den jeweiligen Einspritzvorgängen zu vermeiden, dass aus der umgebenden Atmosphäre der Spritzgießvorrichtung 120 Sauerstoff in die Vorrichtung eindringen kann. Das Schutzgassystem wie es im Zusammenhang mit der Fig. 6 beschrieben ist, lässt sich selbstverständlich auf alle Varianten, die vorstehend beschrieben sind, entsprechend anpassen und anwenden.
• Das Schutzgassystem lässt sich auch als Durchflusssystem auslegen, wobei beispielsweise Schutzgas aus einer Schutzgasquelle in den Gasraum des Aufbereitungsaggregats eingespeist und von dort in den Gasraum des Vorratsbehälters weitergeleitet wird. Geringere Anteile des eingespeisten Schutzgases lässt man vorzugsweise entgegen der Eintragrichtung des festen metallischen Materials aus dem Gasvolumen des Aufbereitungsaggregats austreten, so dass der Luftsauerstoffeintrag durch das feste Material minimiert wird.
• Fig. 7 zeigt zwei Verfahrensvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei in der ersten Variante die Temperatur (1) des metallischen Materials zunächst über Liquidus angehoben und dann in einem Bereich zwischen Liquidus und Solidus abgesenkt wird. Dadurch wird vermieden, dass feste Bestandteile mit dem ursprünglichen Gefüge des Ausgangsmaterials in dem gegossenen Bauteil vorliegen. Damit wird ein Maximum an Homogenität in der Gefügestruktur des Bauteils erreicht.
• Eine hierzu kostengünstigere Verfahrensführung orientiert sich an der Temperaturkurve (2). Hier wird das metallische Material nur auf die Zieltemperatur, mit der das Material in die Kavität des Gießwerkzeugs eingespritzt wird, erwärmt. Neben der Einsparung an Heizenergie werden auch Korrosionsprozesse an den mit dem metallischen Material in Berührung kommenden Oberflächen minimiert.

Claims (33)

1. Vorrichtung zum Gießen von metallischen Materialien mit
einer Vorrichtung zum Aufbereiten des metallischen Materials in fließfähiger Form,
einem Vorratsbehälter zur Aufnahme des aufbereiteten metallischen Materials und
einer Einspritzeinheit mit einer Kolben/Zylinderanordnung,
wobei der Vorratsbehälter mit dem aufbereiteten metallischen Material im Wesentlichen kontinuierlich beschickbar ist,
wobei die Vorrichtung zum Aufbereiten des metallischen Materials in Fließverbindung mit dem Vorratsbehälter steht,
wobei die Kolben/ Zylinderanordnung der Einspritzeinheit getrennt von dem Vorratsbehälter ausgebildet und der Vorratsbehälter und die Kolben/Zylinderanordnung jeweils mit separaten Heizvorrichtungen ausgebildet sind und wobei der Vorratsbehälter mit der Einspritzeinheit über eine unterbrechbare Fließverbindung verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Material in der Aufbereitungsvorrichtung mit einer Temperatur oberhalb Liquidustemperatur aufbereitbar ist, so dass eine einheitliche, vollständig flüssige Phase erzielbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Material in der Aufbereitungsvorrichtung mit einer Temperatur oberhalb der Solidustemperatur, die Liquidustemperatur jedoch nicht übersteigend, aufbereitbar ist, so dass ein Material mit flüssigen und festen Phasen erzielbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter mit einer Vorrichtung zum Rühren des metallischen Materials versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter mit einer mechanischen Rührvorrichtung ausgestattet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter mit einer elektromagnetischen Rührvorrichtung ausgestattet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter in der Fließverbindung zur Einspritzeinheit einen statischen Mischer umfasst.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter mit einem variablen Füllstand an aufbereitetem metallischen Material betreibbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter oberhalb des Füllstands an aufbereitetem metallischen Material ein variables Gasvolumen umfasst.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließverbindung von der Aufbereitungsvorrichtung in den Vorratsbehälter unterhalb des Minimalfüllstands desselben einmündet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließverbindung von der Aufbereitungsvorrichtung in den Vorratsbehälter oberhalb des Maximalfüllstandes desselben einmündet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen einen auf einen im Wesentlichen konstanten Druckwert geregelten Druck aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen ein Schutzgas umfasst.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen Teil eines Durchflußsystems ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasvolumen Teil eines geschlossenen Systems ist.

16. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben/Zylinderanordnung den Zylinder in einer im Wesentlichen senkrechten Stellung umfasst.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben/Zylinderanordnung den Zylinder in einer im Wesentlichen horizontalen Stellung umfasst.

18. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben der Kolben/Zylinderanordnung an seinem Umfang mindestens eine Nut mit mindestens einem Dichtungsring umfasst und dass der Kolben an seiner Stirnseite mindestens eine Öffnung aufweist, welche über mindestens einen Kanal mit der Nut am Umfang des Kolbens verbunden ist.

19. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterbrechbare Fließverbindung vom Vorratsbehälter zu der Einspritzeinheit ein Rückschlagventil umfasst.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die unterbrechbare Fließverbindung vom Vorratsbehälter zur Einspritzeinheit ein aktiv verschließbares Ventil umfasst.

21. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Aufbereiten des metallischen Materials einen Extruder umfasst.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder mit seiner Längsachse zur Horizontalen einen Winkel im Bereich von 0° bis 45°, in Förderrichtung nach unten geneigt, einschließt und ausgangsseitig das aufbereitete Material direkt in den Vorratsbehälter auf einem Niveau unterhalb des Minimalfüllstands fördert.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder das aufbereitete metallische Material oberhalb des Maximalfüllstands in den Vorratsbehälter fördert.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitungsvorrichtung eine Aufgabeeinheit umfasst, über die metallisches Ausgangsmaterial dem Extruder dosiert zuführbar ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgabeeinheit dem Extruder das Ausgangsmaterial mit Unterfütterung zuführt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial ein Feststoff ist, und dass die Aufgabeeinheit eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Feststoffs umfasst.

27. Verfahren zum Gießen von metallischen Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Material in fließfähiger Form kontinuierlich aufbereitet und einem Vorratsbehälter mit konstantem Volumen und variabler Füllstandshöhe zugeführt wird, dass das metallische Material periodisch in eine Einspritzeinheit mit einer Kolben/Zylinderanordnung überführt, von dort in ein Formenwerkzeug eingespritzt wird und dass die Kolben/Zylinderanordnung der Einspritzeinheit und der Vorratsbehälter getrennt und unabhängig voneinander beheizt werden.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial bei der Aufbereitung auf eine Temperatur oberhalb Solidustemperatur erwärmt, die Liquidustemperatur hierbei jedoch nicht überschritten wird, so dass ein Material mit flüssiger und festen Phasen erhalten wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial bei der Aufbereitung auf eine Temperatur oberhalb der Liquidustemperatur erwärmt wird, so dass eine vollständig flüssige Phase erhalten wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete metallische Material in dem Vorratsbehälter einer Scherwirkung ausgesetzt wird, um sich ausbildende dendritische Strukturen abzubauen.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete metallische Material in dem Vorratsbehälter unter einem Schutzgasvolumen gehalten wird.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben der Kolben/Zylinderanordnung aktiv bewegt wird, unabhängig von der Zuförderung aus der Aufbereitungsvorrichtung.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein festes, gegebenenfalls vorgewärmtes Material verwendet wird.