DE102011103315B3

DE102011103315B3 - Einrichtung zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus metallischen Schmelzen

Info

Publication number: DE102011103315B3
Application number: DE201110103315
Authority: DE
Inventors: Jürgen Bast; Michael Petrov
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2031-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (1, 30) zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus metallischen Schmelzen (18), enthaltend eine Heizanlage (13), einen Schmelztiegel (14) als Behälter für das zu schmelzende Metall mit einem Deckel (12), wobei der Schmelztiegel (14, 32) mit einer Heizanlage (13) und mit einem rechnergesteuerten Schutzgaszuführungssystem in Verbindung steht, eine Luftzufuhreinheit (15), durch deren Öffnungszeiten eines für die Luftzufuhr (15) zuständigen Magnetventils (8) die Größe von Blasen (22) beeinflusst wird, wobei eine mit Hilfe eines speziellen Deckels (16) isolierte Kammer (17) der Heizanlage (13) und der Schmelztiegel (14) über eine Schutzgasleitung (48) mit Schutzgas gefüllt sind, das die Schmelze (18) gegen Oxidation schützt, wobei das Schutzgas gleichzeitig einen Druck (P) erzeugt, der auf die Schmelze (18) wirkt, die Düse (3) mit einem zugehörigen geometrisch ausgebildeten Düsenansatz (39) an der Außenseite (20) der Düse (3), eine rohrförmige, der Luftzufuhreinheit (15) zugeordnete Hohlnadel (2), die durch den Schmelztiegel (14) hindurch zur Innenstirnseite (21) der Düse (3) geführt ist, wobei ein Abstand (a) zwischen dem Ausgang der Hohlnadel (2) und der Innenstirnseite (21) der Düse (3) abhängig von Viskosität ηS der Schmelze (18) einstellbar ist, einen Rechner (10) mit programmtechnischen Mitteln zur Erfassung, Auswertung sowie Steuerung von prozessrelevanten Parameter und wahlweise einen beheizten Speiser (62, 63, 64), der zwischen der Ausgangsöffnung (85) des Schmelztiegels (14, 32, 78) und dem Düsenansatz (39) angeordnet ist, wobei aus dem Düsenansatz (39) durch Luft-/Gaszufuhr Blasen (22) herausgedrängt werden, die danach in einem Fallvorgang und Abkühlungsvorgang zu Hohlkugeln und Schalen stabilisiert werden. Dabei enthält die Einrichtung einen Kippmechanismus mit zwei Schwenklagern (34, 35), womit der Schmelztiegel (14) in eine bestimmte Position mit dem Winkel (a) von der Senkrechten (61) aus neigbar ist und der Winkel einer dem Schmelztiegel (14, 32) zugeordneten und Blasen (22) bildenden Düse (3) vor der Prozessdurchführung eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus metallischen Schmelzen.
Der Leichtbau ist bestrebt, den Werkstoffanteil in einem Bauteil zu verringern, ohne wesentliche Verluste an den mechanischen Eigenschaften zu erleiden. Das kann nur durch eine gleichmäßige Verteilung des Werkstoffs erzielt werden. Als Beispiel lässt sich Metallschaum nennen.
Die Nachteile der heutigen Schaumdarstellung sind deutlich. Sie haben eine unkontrollierbare Blasenverteilung und auch Volumeninhomogenitäten. Dadurch weisen die Werkstücke eine Anisotropie auf.
Ein anderes alternatives Verfahren, nämlich zellulare Strukturen zu fertigen, bieten die hohlkugeligen Strukturen, bei denen die einzelnen Komponenten in einer Struktur zusammengestellt und des Weiteren durch Sintern verbunden werden können. Die einzelnen Komponenten sind der Atomgeometrie nachempfunden. Momentan wird sich mit der Problematik der Herstellung von Hohlkugeln beschäftigt, die meistens mittels Pulverbeschichtung eines Trägerelements gefertigt werden. Beim Einsetzen von Hohlkugelstrukturen kann die Festigkeit von Konstruktionen im Vergleich zum klassischen Massivbau nicht wesentlich erhöht werden, da gesinterte Strukturen niedrigere mechanische Eigenschaften im Vergleich zu festen Werkstoffen aufweisen. Sie liegen aber in den Bereichen vom, in denen die Gewichtsreduzierung einer Konstruktion große Bedeutung hat oder die Dämmungseigenschaften einer Konstruktion mit hinnehmbaren Verlusten an mechanischen Eigenschaften eine Rolle spielen, sogar als Füllstoff für syntaktische Schäume für die Anwendung unter Wasser dienen, wie das in der Druckschrift Offshore, Volume 59, Issue 6, June 1999 beschrieben ist.
Ein pulvermetallurgisches Verfahren ist in der Druckschrift EP 0 300 543 A1 beschrieben. Dabei wird eine Kugel aus geschäumtem Pulver als inneres Trägerelement für die Hohlkugel genutzt und von allen Seiten mit Metallpulver beschichtet.
Ein anderes inneres Trägerelement aus expandiertem Polystyrol (EPS) wird in der Druckschrift DE 199 29 760 C2 beschrieben. Nachdem das Trägerelement mit dem metallischen Pulver beschichtet worden ist, wird die Kugel bis zur Temperatur der Verbrennung des inneren Trägerelements erwärmt. Bei der Pulverfertigung ist das Erwärmen des Metalls bis auf dessen Schmelztemperatur unvermeidbar.
Ein Verfahren und eine Anlage zur Hohlkugelherstellung sind in der Druckschrift US 4 671 909 A beschrieben, wobei ein pulvermetallurgisches Verfahren realisiert wird. Die in der Anlage eingesetzten Werkstoffe sind Kompositionen aus organischen oder nicht organischen Partikeln mit Bindemittel und werden in Form einer Pulvermischung genutzt. Die Mischung wird unter einem zugeführten Druck herausgedrängt und nimmt die Gestalt einer Blase an.
Ein metallurgisches Verfahren ist in der Druckschrift US 4 415 512 A beschrieben, wobei das Verfahren mit einem speziellen Werkstoff realisiert wird. Die für die Hohlkugelherstellung vorgesehenen Metalle gehören zu den metallischen Gläsern, die aufgrund ihrer Zusammensetzung sowohl metallische als auch amorphe Eigenschaften zeigen. Es sind dabei auch andere Werkstoffe vorgesehen, besonders solche, die entweder eine nicht geänderte oder eine zeitabhängige hohe dynamische Viskosität aufweisen.
Werden Werkstoffe mit verschiedenen Viskositätswerten verwendet, ändern sich die Ausgangsbedingungen, bei denen die Kapillaritätsbedingung auftritt. Das kann durch eine Druckeinstellung oder durch Wahl der Ausgangsöffnung reguliert werden. in allen statischen Ausführungen der existierenden Anlagen wird die senkrechte Ausführung der Anlage mit senkrecht nach unten gerichteter Ausgangsöffnung bevorzugt.
Eine waagerechte Ausführung der Anlage mit Rotation für Hohlkugeln aus Glas ist in der Druckschrift US 4 303 433 A beschrieben. Da Glas einen hohen Viskositätswert im Erweichungsbereich aufweist, gewährt eine solche Anlage aufgrund der Zentrifugalkraft und aufgrund der jeweiligen Drucksteigerung eine leichte Trennung der einzelnen Kugeln von der gesamten Masse.
Die Herstellung von Mikrohohlkugeln ist insbesondere in den Druckschriften US 4 303 736 A ( WO 80/00426 A1 ), WO 80/00438 A1 , US 4 303 433 A ( WO 80/00695 A1 ) und US 4 344 787 A beschrieben. Als Werkstoffe sind Glas, plastische, thermoplastische und schmelzbare Kompositionen eingesetzt. Die genannten Mikrohohlkugeln haben entweder eine innere metallische Auskleidung (bei Glaskugeln) oder sind mit inerten Gasen gefüllt (metallische Hohlkugeln). Der kleinste erzielte Außendurchmesser ist 0,25 mm. in der Druckschrift US 4 425 512 A werden die metallischen Werkstoffe mit hohen dynamischen Viskositätswerten (3,5–20 kg/ms) beschrieben.
Sehr naheliegende Untersuchungen sind in der Druckschrift US 4 279 632 A beschrieben. Die metallischen Hohlkugeln werden dabei aus einem gezogenen Hohltropfen hergestellt, indem sie sich durch die Gaszufuhr in einzelne Hohlschalen zerteilen. Die Hohlschalen kommen in einem nachfolgenden Kanal und nehmen durch Vibrationsfrequenzen eine energetisch günstige runde Form an.
Hohlkugeln aus Zinn sind in den Druckschriften Kendall: Journal of Vacuum Science Technology, Band 20 (4), 1982, S. 1091–1093 und Lee: Metal Shell Technology, SAMPE Journal, Band 19, November/December 1983, S. 7–11 beschrieben. Als theoretischer Faktor wird dort eine Rayleigh-Instabilität bzw. ein Flüssigkeitsstrahlzerfall angenommen. Es wird eine Hohlkugel durch den freien Fall von einem dreizehn Meter hohen Fallturm erreicht.
Die Formkorrektur kann nicht nur nach der Hohlkugelbildung, sondern auch vor ihr stattfinden. In der Druckschrift Vejrazka et al.: Fluid Dynamics Research, Band 40, 2008, S. 521–533, ist beschrieben, dass die Luftdrucknadelbewegung für die Gaszufuhr im Wasser zur Bildung von kugelförmigen Blasen führen kann.
Ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkugeln aus Zinnmaterial ist in der Druckschrift Vu et al.: Production of Hollow Spheres of Eutectic Tin-Lead Solder through a coaxial Nozzle, Journal of solid Mechanics and Materials Engineering, 4. July 2010, 10, 1530–1538 beschrieben, in dem die Verarbeitung einer eutektischen Zinnlegierung Sn63Pb37 mit den entsprechenden physikalischen Eigenschaften als Ausgangswerkstoff beschrieben wird. Im Vergleich zur reinen metallischen Zinnschmelze weist diese Legierung einen höheren dynamischen Viskositätswert (2,3 mPA s) auf, was als Stabilisierungsmittel dient. Auch die höheren Oberflächenspannungen sollen die Ausbildung von Hohlkugeln begünstigen. In dem Verfahren und der Vorrichtung wird ein anderer Hauptmechanismus des Strahlzerfalls betrachtet, nämlich basierend auf dem Rayleigh-Instabilitäts-Phänomen bei senkrechter Anlagenausführung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus metallischen Schmelzen anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass unkontrollierbare Blasenverteilungen und Volumeninhomogenitäten in und an den Hohlkugeln weitgehend vermieden werden. Außerdem sollen die Hohlkugeln als Bauelemente in schaumähnlichen Gegenständen angewendet werden können. Des Weiteren sollen kompakte und intelligente Einrichtungen erreicht werden.
Die reinen Metalle und ihre Legierungen werden in einem thixotropischen Zustand verformt.
Ebenfalls sollen eine Energieeinsparung und eine Umweltfreundlichkeit erreicht werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Einrichtung zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus metallischen Schmelzen enthält

– eine Heizanlage,
– einen Schmelztiegel als Behälter für das zu schmelzende Metall mit einem Deckel, wobei der Schmelztiegel mit einer Heizanlage und mit einem rechnergesteuerten Schutzgaszuführungssystem in Verbindung steht,
– eine Luftzufuhreinheit, durch deren Öffnungszeiten eines für die Luftzufuhr zuständigen Magnetventils die Größe von Blasen beeinflusst wird, wobei eine mit Hilfe eines speziellen Deckels isolierte Kammer der Heizanlage und der Schmelztiegel über eine Schutzgasleitung mit Schutzgas gefüllt sind, das die Schmelze gegen Oxidation schützt, wobei das Schutzgas gleichzeitig einen Druck P erzeugt, der auf die Schmelze wirkt,
– die Düse mit einem zugehörigen geometrisch ausgebildeten Düsenansatz an der Außenseite der Düse,
– eine rohrförmige, der Luftzufuhreinheit zugeordnete Hohlnadel, die durch den Schmelztiegel hindurch zur Innenstirnseite der Düse geführt ist, wobei ein Abstand a zwischen dem Ausgang der Hohlnadel und der Innenstirnseite der Düse abhängig von Viskosität η_S der Schmelze einstellbar ist,
– einen Rechner mit programmtechnischen Mitteln zur Erfassung, Auswertung sowie Steuerung von prozessrelevanten Parameter und
– wahlweise einen beheizten Speiser, der zwischen der Ausgangsöffnung des Schmelztiegels und dem Düsenansatz angeordnet ist, wobei aus dem Düsenansatz durch Luft-/Gaszufuhr Blasen herausgedrängt werden, die danach in einem Fallvorgang und Abkühlungsvorgang zu Hohlkugeln und. Schalen stabilisiert werden,

Der Abstand a kann sowohl mechanisch durch Einstellringe als auch rechnergesteuert durch integrierte Motoren über den Rechner anpassbar sein.
Die Hohlkugeln werden mit Hilfe einer metallurgischen Verfahrensweise gefertigt, die zur Herstellung von Hohlkugeln mit variablen Durchmessern und von nicht geschlossenen Hohlkugeln oder Schalen mit variablen Durchmessern dient.
Der Druck der Schmelze kann durch Winkeleinstellungen einer Schmelztiegelausführung mit zumindest einer mantelseitigen seitlichen Ausgangsgangsöffnung – waagerechte Schmelztiegelausführung – und einer an der Ausgangsöffnung befindlichen Düse reguliert werden, um ein aus der Düse austretendes Tropfenregime der Strömung der Schmelze zu erreichen.
Dabei kann eine Druckzufuhr von Gas oder Luft, aber auch eine Bewegung einer für eine Luft-/Gaszufuhr vorgesehenen hohlen Nadel – Hohlnadel – entweder einzeln oder voneinander abhängig computergesteuert eingestellt werden.
Der zur Schmelze führende Werkstoff kann frei gewählt werden, weil durch die zahlreichen computergestützen Einstellungsmöglichkeiten die entsprechenden Randbedingungen gezielt eingestellt werden können.
Bei der Wahl der Randbedingungen können diese in Abhängigkeit von den Zustandsdiagrammen der Legierungen oder den Erstarrungskurven im Falle der reinen Metalle erfolgen.
Die Herstellung kann unter Schutzgas durchgeführt werden.
Bei einer Schmelztiegelausführung mit einer bodenseitigen Ausgangsöffnung – senkrechte Schmelztiegelausführung – und einer im Bereich der Ausgangsöffnung vorhandenen Düse können die Sphäroidisierung und das Abkühlen von erzeugten Blasen in einer Stabilisierungskammer ablaufen, wobei die fallenden Blasen durch einen Wirbel nach oben getrieben und entweder im Wasser oder im Öl oder in freier Umgebung als Hohlkugeln unter Abkühlung erstarren. Außerdem ist die Luftzufuhrhohlnadel innerhalb des Schmelztiegels senkrecht zum Schmelztiegelboden, an dem auch die Ausgangsöffnung des Schmelztiegels vorhanden ist, angeordnet.
Bei Anwendung eines Kapillarzuflussrohres kann eine Piezo-Pipette verwendet werden.
Die Herstellung wird auch für eine Verarbeitung von niederviskosen reinen, metallischen Schmelzen eingesetzt.
Bei einer Ausführung des Schmelztiegels mit einer mantelseitigen seitlichen Ausgangsöffnung und zugehörigen Düse kann ein geführter, geneigter Fall von die Düse verlassenden Blasen ausgebildet werden, wobei eine Neigungsfläche zur Aufnahme der die Düse verlassenden Blasen vorgesehen ist und die Neigungsfläche ebenso wie die herzustellenden Hohlkugeln mit Wasser ständig benetzt bleiben können und eine primäre Abkühlung der Blasen und Hohlkugeln kann somit bereits im Bereich der Düse stattfinden.
Die Düsen können sowohl bei mantelseitigen seitlichen als auch bodenseitigen Ausgangsöffnungen aus nicht durch die Schmelze benetzbaren Werkstoffen hergestellt werden.
Infolge des über einen Rechner eingestellten Drucks im und außerhalb des Schmelztiegels kann eine kontrollierbare Blasenbildung im Bereich der Düse stattfinden.
Der Schmelztiegel mit einem großen Behälterinhalt für die Schmelze kann von einem untersetzten Formschmelztiegel mit einem kleinen Behälterinhalt für die Schmelze getrennt sein, sodass durch den untersetzten Formschmelztiegel die Unabhängigkeit des Prozesses von der verbrauchten Schmelze im übersetzten vorgeordneten Schmelztiegel beibehalten wird.
Bei der Hohlkugelherstellung aus Zinnschmelze können vor dem Luftzufuhrvorgang folgende Randbedingungen bei einer Schmelztemperatur T_S im Schmelztiegel eingestellt werden:

– Temperatur der Druckluft T_DL oder des Gases T_G mit folgender Beziehung (I): T_S – 50°C ≤ T_DL/G ≤ T_S (I)
– Signal des Magnetventils zur Druckluft-/Druckgas-Zufuhr: Periode T = 0,5–2,5 s mit einem Dreieckverlauf,
– Durchmesser d der Düse: d ≤ 2 mm,
– Durchmesser D der Hohlnadel: D ≤ 1,5 mm,
– Temperatur im Düsenbereich: T_{Düsenbereich} ≥ T_S + 100°C,
– Neigungswinkel der Düse: α ≤ 30°,
– Dynamische Viskosität der Schmelze: η_S ≥ 1,9 mPa, wobei der Quotient der Viskositätsänderung gemäß der Beziehung (II): 0,01 < ηU / ηS < 10 (II) ist und wobei η_S die Viskosität der Schmelze und η_U die Viskosität des Umgebungsmediums an der Düse sind,
– Funktionale Abhängigkeit gemäß der Beziehung (III):
wobei Q ._Schm der Volumenstrom der Schmelze und Q ._Gas der Volumenstrom der Druckluft oder eines Gases sind sowie Y einen Proportionalitätskoeffizienten darstellt.

Der Rechner mit seinen programmtechnischen Mitteln zur Erfassung von Parametern und zur Steuerung von bestimmten Randbedingungen kann Informationen über Ist-Temperaturwerte T_S der Schmelze von einem mit dem Rechner signaltechnisch verbundenen Mantelthermoelement erhalten und kann nach dem Überschreiten eines eingestellten Ist-Temperaturwertes T_S die Luftzufuhreinheit einschalten, wobei die Zeitabstände der Luftzufuhr vorzugsweise periodisch durch ein der Luftzufuhrleitung zugeordnetes Magnetventil mit Hilfe des Rechners gesteuert werden.
Die Luftzufuhreinheit kann eine Druckfeder, einen steuerbaren Magnet, einen Resiver oder eine Gasflasche, ein Manometer, das vom Rechner geschaltete Magnetventil zur Luftzufuhrsteuerung, eine Luftzufuhrleitung, eine Halteplatte und eine Anziehplatte sowie schließlich die Luftzufuhrhohlnadel umfassen.
An der Ausgangsöffnung des Schmelztiegels kann der beheizte Speiser angebracht sein, dessen Kammer um die runde Ausgangsöffnung verteilt ist und einen jeweils ausgewählten und aufgesetzten Düsenansatz aufweist, der Zähne oder einen Spalt besitzen kann.
Im Fall des Schmelztiegels mit einer mantelseitigen seitlichen Ausgangsöffnung kann eine zur Senkrechten mit dem Winkel α geneigte Düse nach dem Speiser eingesetzt sein oder es kann eine Änderung des Neigungswinkels α des Schmelztiegels über Schwenklager vorgenommen werden.
Die Druckeinstellungen bezüglich der Schmelze auf die mantelseitige seitliche Ausgangsöffnung des Schmelztiegels können durch eine Veränderung des Neigungswinkels α der gesamten Einrichtung realisiert werden.
Die Luftzufuhrhohlnadel kann je nach Lage der Ausgangsöffnung des Schmelztiegels entweder eine waagerechte Lage, eine geneigte Lage oder eine senkrechte Lage im Schmelztiegel einnehmen.
Der Speiser kann verbunden sein mit
einer nachgeordneten Stabilisierungskammer mit einem abgeschirmten, den zylinderartigen Speiser umfassenden hohlzylinderartigen Bereich zum Durchführen eines freien Falls der aus der Düse herausgedrängten Blase,
wobei die Stabilisierungskammer mit wahlweise zwei Schwenklagern sowie einer ersten Blaseinrichtung mit waagerechter Blasrichtung, einem Trennschild, der bodenseitig angeordneten zweiten Blaseinrichtung mit, senkrecht nach oben, zur Düse gerichteter Blasrichtung und einem Absauger im oberen Bereich der Stabilisierungskammer versehen ist.
Der Speiser kann eine innere Heizwicklungsstruktur zur Temperatureinstellung der durchfließenden Schmelze haben, wobei dem Speiser am freien Ende ein Düsenansatz zugeordnet ist, aus dem die Blase je nach Luftzufuhrausbildung aus der Luftzufuhreinheit herausgedrängt oder impulsartig herausgestoßen wird.
Nach Verlassen des unteren Teils des abgeschirmten Bereiches kann die freifallende Blase mit der Luft- oder Gasströmung aus der ersten Blaseinrichtung seitlich weggeblasen werden und die senkrecht Aufluft erzeugende zweite Blaseinrichtung kann die Blase nach oben gerichtet wirbelförmig und die Blase außerhalb des abgeschirmten Bereiches spiralförmig divergierend nach oben steigen lassen, wobei die Rotationsbewegung die Ausbildung zur sphärischen Form der Blase und schließlich der Hohlkugel sicherstellt.
Es sind auch Sensorleitungen vorhanden, die prozessrelevante Temperaturen T1, T2, T3, T4 und T5 erfassen und mit dem Rechner in Verbindung stehen, wobei Druckleitungen/Schutzgasleitungen eingebracht sind, über die die Drücke P1 und P2 vom Rechner eingestellt werden.
Die Hohlnadelführung kann derart ausgebildet sein, dass deren Höhe minimal dreimal dem Durchmesser der Luftzufuhrhohlnadel gewählt ist.
Eine interne Bewegung der Luftzufuhrhohlnadel kann durch eine senkrechte Oszillation ersetzt werden, indem ein Vibrator im oder am unteren Teil des Schmelztiegels oder am Formschmelztiegels eingebaut ist.
Eine eingesetzte Düse kann aus einer unteren Lochscheibe, einer oberen Lochscheibe, die zum Düsenansatz übereinander gelegt sind, bestehen, wobei beide übereinander liegende Lochscheiben gegeneinander rotieren, wobei die obere Lochscheibe einen inneren scheibenartigen Ring und einen äußeren scheibenartigen Ring enthält, in denen jeweils ein Bohrloch parallel zur Ringachse eingebracht Ist.
Die beiden Ringe können durch einen lösbaren Bolzen, der in ringrandseitliche, beide Ringe querende Bohrlöcher steckbar ist, arretierbar sein, wobei abhängig von der Bolzenposition in den ringrandseitlich querenden Bohrlöchern die Ringe somit entweder gemeinsam arretiert rotieren oder getrennt und nicht arretiert rotieren.
Die untere Lochscheibe kann auf einem inneren Kreis angeordnete Bohrlöcher – innere Bohrlöcher – und auf einem äußeren Kreis liegenden Bohrlöcher – äußere Bohrlöcher – sowie ein bohrlochfreies sektorartiges Gebiet besitzen, das für einen vorgegebenen Positionswechsel der Bohrlöcher der verdrehbaren Ringe der oberen Lochscheibe vorgesehen ist.
Die Luftzufuhrhohlnadel gemäß ihres Nadelführungselementes kann durch Druckluftzufuhr die Ringe der oberen Lochscheibe derart verschieben, so dass die Schmelze durch zwei scheibenübereinanderliegende Bohrlöcher beider Lochscheiben hindurch fließen kann, wobei beim Positionswechsel des von der Düse vorgesehenen äußeren Bohrlochs des äußeren Ringes zum inneren Bohrloch des inneren Ringes und zurück sich das innere Bohrloch und das äußere Bohrloch der oberen Lochscheibe in eine von Bohrlöchern freie Position des sektorartigen Gebietes einstellen können.
Es kann auch eine Luftzufuhrhohlnadel in Form einer Piezo-Pipette piezogesteuert vorgesehen sein, so dass Luft oder Gas durch die Piezo-Pipette dosiert wird, wobei die Piezo-Pipette signaltechnisch über eine Signalleitung mit dem Rechner verbunden ist.
Der Schmelztiegel kann über ein beheiztes und/oder isoliertes Rohr mit dem untersetzten Formschmelztiegel verbunden sein, der mit Hilfe von Formschmelztiegelheizungswicklungen geheizt wird und der einen Speiser mit einem zugehörigen Düsenansatz aufweist, wobei dem Speiser des Formschmelztiegels auch eine Stabilisierungskammer zur Formung von Hohlkugeln nachgeordnet ist.
Die Wandstärke der hergestellten Hohlkugeln kann variabel sein.
Die vorgeschlagene Technologie soll genutzt werden, um eine Verminderung der Bearbeitungsstufe des Endproduktes herbeizuführen und einen minimalen Verbrauch an elektrischer Energie zu gewährleisten. Des Weiteren bietet die Erfindung eine umfangreiche computergestützte Steuerungsmöglichkeit des Verfahrens, um den Einfluss von verschiedenen Randbedingungen zu steuern.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass

– sich durch die gezielten abmessungsnahen Erzeugnisse die nicht homogenen Strukturen, wie metallische Schäume, ersetzen lassen und
– die Erhöhung der Homogenität im Volumen zur besseren gleichmäßigeren Verteilung der mechanischen Eigenschaften in verschiedenen Richtungen führt.

Weiterentwicklungen und vorteilhaftere Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste erfindungsgemäße Einrichtung zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus metallischen Schmelzen mit waagerechter Ausführung der Luftzufuhrhohlnadel,
2 eine Darstellung von Düsenansätzen bei Speisern, wobei
2a einen Längsschnitt und einen Querschnitt eines Düsenansatzes eines ersten Speisers,
2b eine Draufsicht und einen Querschnitt eines Düsenansatzes eines zweiten Speisers und
2c eine Draufsicht und einen Querschnitt eines Düsenansatzes eines dritten Speisers zeigen,
3 eine schematische Darstellung der Blasenausbildung in einer Newtonschen Flüssigkeit unter verschiedenen Abständen des Ausgangs der Luftzufuhrhohlnadel zur Düse/zum Düsenansatz,
4 eine zweite Einrichtung zur zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus metallischen Schmelzen mit senkrechter Ausführung der Luftzufuhrhohlnadel, wobei
4a eine vergrößerte Darstellung des Bereiches um die unmittelbare Ausbildung der Hohlkugel und
4b eine zugehörige Nadelführung zeigen,
5a eine vergrößerte Darstellung des Bereiches um die unmittelbare Ausbildung der Hohlkugel mit einem zur Hohlnadel asymmetrischen Düsenansatz für die Einrichtung nach 4, wobei
5b den schematischen und vergrößerten Düsenansatz und
5c eine schematisch vergrößerte Nadelführung, die dem Düsenansatz in 5b zugeordnet ist, zeigen,
6 eine andere schematische Luftzufuhreinheit für die Einrichtung zur zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus metallischen Schmelzen nach 4 mit Magnetantrieb des Luftzufuhrrohres und mit einer piezogesteuerten Hohlnadel innerhalb der Luftzufuhreinheit,
7 eine Einrichtung zur zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus metallischen Schmelzen mit einem vorgeordneten Schmelztiegel und. einem damit rohrverbundenen nachgeordneten untersetzten Formschmelztiegel sowie mit einem Speiser am Ausgang des nachgeordneten Formschmelztiegels.
Die in der 1 gezeigte erste Einrichtung 1 zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus metallischen Schmelzen ist für die nichteisenhaltigen Metalle mit einem Schmelzpunkt bis T_S = 800°C vorgesehen. Die Einrichtung 1 besteht aus einer Heizanlage 13, einem Schmelztiegel 14 als Behälter für das zu schmelzende Metall, einer Luftzufuhreinheit 15, einer Düse 3 und einem Deckel 12. Der Schmelztiegel 14 ist zusammen mit dem zu schmelzenden Metall in die Heizanlage 13 zur Erzeugung einer Schmelze 18 eingesetzt. Der Schmelztiegel 14 ist in Form eines geschlossenen Behälters mit einem klappbaren Deckel 12 ausgeführt und mit einem rechnergesteuerten Schutzgaszuführungssystem (nicht eingezeichnet) ausgerüstet. Die durch einen speziellen Deckel 16 isolierte Kammer 17 der Heizanlage 13 und der Schmelztiegel 14 werden über eine Schutzgasleitung (nicht eingezeichnet) mit Schutzgas gefüllt, das die Metallschmelze 18 gegen Oxidation schützt. Das Schutzgas erzeugt gleichzeitig einen Druck P, der auf die Schmelze 18 wirkt. Der Schmelztiegel 14 kann in eine bestimmte Position mit dem Winkel α von der Senkrechten 61 aus geneigt werden. Der Winkel der Düse 3 wird vor der Prozessdurchführung eingestellt. Durch den eingestellten Kippwinkel α des Schmelztiegels 14 wird der entsprechende Durchfluss der Schmelze 18 durch die Düse 3 hindurch erreicht. Dadurch und durch die Öffnungszeiten des für die Luftzufuhr 15 zuständigen Magnetventils 8 wird die Größe der aus der Dose 3 austretenden Blasen 22 beeinflusst.
Nach dem Schmelzvorgang wird die Schmelze 18 in die Düse 3 gebracht, die einen geometrisch ausgebildeten Düsenansatz 19 an einer Außenseite 20 und die Luftzufuhreinheit mit einer rohrförmigen Hohlnadel 2 von der anderen, der Innenstirnseite 21, aufweist. Der Abstand a zwischen dem Ausgang der Hohlnadel 2 und der Innenstirnseite 21 der Düse 3 ist abhängig von Viskosität η_S der Schmelze 18 einstellbar. Der Abstand a kann sowohl mechanisch durch Einstellringe als auch rechnergesteuert durch integrierte Motoren (nicht eingezeichnet) angepasst werden. Die rechnergestützte Anpassung des Abstandes a ist bei höheren Produktionsmengen von Hohlkugeln zweckmäßig.
Der Rechner 10 mit seinen Erfassungs-, Auswertungs- und Steuerungsprogrammen bekommt Informationen über Ist-Temperaturwerte T_S der Schmelze 18 von einem mit dem Rechner in Verbindung stehenden Mantelthermoelement 9 und nach dem Überschreiten eines eingestellten Ist-Temperaturwertes T_S schaltet die Luftzufuhreinheit 15 ein. Die Zeitabstände der Luftzufuhr durch das Magnetventil 8 werden durch den Rechner 10 gesteuert. In 1 wird die Druckluft über die Hohlnadel 2 portionsweise und stoßweise insbesondere periodisch vor der Düse 3 in Richtung zum Düsendurchgang in die Schmelze 18 eingeblasen.
Die Schmelze 18 wird in Form von Blasen 22 aus der Kammer 17 mittels des Druckgases geschoben und in einem Wasserbehälter 27 rasch abgekühlt, wobei die aus der Düse 3 geschobenen Hohltropfen bzw. Blasen 22 zunächst entlang einer geneigten, mit einer Flüssigkeit (Wasser oder Öl) benetzten Neigungsfläche 23 des Wasserbehälters 27 geneigt geführt fallen bzw. rutschen. Die Benetzung der Neigungsfläche 23 wird mit der Flüssigkeit durch eine Pumpe 24 vorgenommen. Ein Teil der zugeführten Flüssigkeit wird zerstäubt, so dass ein Nebel am Ausgang an der Außenseite 20 der Düse 3 entsteht. Durch diesen Vorgang kann die erstarrende Schmelze 18 die leicht geschädigten Stellen der Blasen 22 schließen und/oder abdecken, um aus der Blase 22 eine Schalen-Geschlossenheit zu einer Hohlkugel zu erhalten und um eine Kugelförmigkeit zu erzielen. Die auf der Neigungsfläche 23 abrollenden/abfallenden Hohlkugeln 22 können vorerst im Wasserbehälter 27 gelagert werden.
Die Luftzufuhreinheit 15 in 1 kann eine Druckfeder 4, einen steuerbaren Magnet 5, einen Resiver oder eine Gasflasche 6, ein Manometer 7, eine Luftzufuhrleitung 26 zwischen Resiver 6 und Luftzufuhrhohlnadel 2, ein vom Rechner 10 geschaltetes Magnetventil 8 innerhalb der Luftzufuhrleitung 26 zur Luftzufuhrsteuerung, eine Halteplatte 11 und eine Anziehplatte 25 sowie schließlich die Luftzufuhrhohlnadel 2 selbst umfassen.
In 2 ist eine Darstellung von Düsenansätzen von unterschiedlichen Speisern 62, 63, 64 angegeben, wobei 2a einen Längsschnitt und einen Querschnitt eines Düsenansatzes 39 eines ersten Speisers 62, 2b eine Vorderansicht und einen Querschnitt eines Düsenansatzes 39 eines zweiten Speisers 63 und 2c eine Vorderansicht und einen Querschnitt eines Düsenansatzes 39 eines dritten Speisers 64 zeigen.
Aus der Fluidmechanik ist die Blasenbildung mittels Druckgaszufuhr 73 aus einem gaszuführenden Rohr oder einer Hohlnadel 74 in Newtonschen Flüssigkeiten 70 innerhalb eines Behälters 76 bekannt, wie in 3 gezeigt ist. Sie läuft mit der Bildung von primären (erwünschten) Blasen 71 und sekundären (unerwünschten) Blasen 72 aus einer waagerecht angeordneten Ausgangsöffnung 75 des Behälters 76 ab. Die sekundären Blasen 72 in der Newtonschen Flüssigkeit 70 spielen die Rolle einer Transferbrücke für die Gasförderung zur primären Blase 71 und werden, nachdem das jeweilige Volumen der primären Blase 71 erreicht worden ist, von der primären Blase 71 abgetrennt. Es führt oft auch zur Kollision der primären Blasen 71 und sekundären Blasen 72, was die Verformung und somit Volumeninhomogenitäten der primären Blasen 71 verursacht. Wird eine solche primäre Blase 71 aus der als Newtonsche Flüssigkeit definierten Schmelze 18 rasch abgekühlt, so bleibt sie nicht kugelförmig.
Bei einer kleinen Entfernung der Hohlnadel 74 von der Öffnung 75 kann die Trennung der gebildeten primären Blase 71 von der sekundären Blase 72 zu unerwünschtem Mangel an Schmelze 18 führen. Die primäre Blase 71 verlässt den Schmelztiegel 76 und nach dem Erstarren weist sie eine nicht geschlossene Form auf. Die Spannungen in der erstarrenden Schale versuchen sie zu öffnen. Der Speiser 62, 63, 64 verhindert das, indem die erstarrende Schale durch den Schmelzeausfluss aus dem Speiser 62, 63, 64 versiegelt wird (3). In diesem Fall liefert der Speiser 62, 63, 64 eine reichliche Deckung des Schmelzemangels schon nach der Trennung der beiden Blasen 71, 72.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass

– sich durch die gezielten abmessungsnahen Erzeugnisse (Hohlkugeln oder Schalen) die nicht homogenen Strukturen, z. B. metallische Schäume, ersetzen lassen und
– die Erhöhung der Homogenität im Volumen zur besseren gleichmäßigeren Verteilung der mechanischen Eigenschaften in verschiedenen Richtungen führt.

Die Druckeinstellungsmöglichkeit ist in der vorliegenden Einrichtung 1 durch Neigungswinkel (nicht gezeigt) der gesamten Einrichtung 1 und durch den Rotationswinkel α (1) über die Schwenklager 34, 35 vorgesehen.
In 4 ist eine zweite Einrichtung 30 zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus einer metallischen Schmelze mit senkrechter Ausführung der Luftzufuhrhohlnadel 2 und einer bodenseitigen Ausgangsöffnung dargestellt, wobei 4a eine vergrößerte Darstellung des Bereiches um die unmittelbare Ausbildung der Hohlkugel 22 und 4b eine Luftzufuhrhohlnadel 2 der zweiten Einrichtung 30 zeigen.
Die in 4 dargestellte zweite Einrichtung 30 mit senkrecht nach unten gerichteter Ausführung der Luftzufuhrhohlnadel 2 mit einer einzigen Formposition der Düse 39 besteht aus einer Stabilisierungskammer 31, einem platzierten Schmelztiegel 32 mit einer senkecht nach unten ausgebildeten Ausgangsöffnung und mit einem Deckel 33, aus zwei Schwenklagern 34 und 35, einer Druckfeder 4, gesteuerten Magneten 5, einer Anziehplatte 25, einer Halteplatte 11, einer Luftzufuhrleitung 26 und der Luftzufuhrhohlnadel 2, der Heizwicklung 36, einer Nadelführung 37, einer Düsenheizung 38, einer Düse 39, einer ersten führung 37, einer Düsenheizung 38, einer Düse 39, einer ersten Blaseinrichtung 40 mit waagerechter Blasrichtung, einem Trennschild 41, einer zweiten Blaseinrichtung 42 mit senkrecht nach oben, in Richtung zur Düse 39 gerichteter Blasrichtung, dem Steuerungs- und Erfassungssystem (Rechner) 10, einem Resiver oder einer Gasflasche 6, einem Manometer 7, einem Magnetventil 8 und einem Absauger 43 im oberen Bereich der Stabilisierungskammer 31. Das Metall schmilzt im Schmelztiegel 32 zur Schmelze 18. Die Temperatur T1, T2 = T_S der Schmelze 18 lässt sich durch die Heizwicklungen 36 sowohl im Schmelztiegel 32 als auch an dessen Ausgang/Speiser 62, 63, 64 mittels der dem Speiser 62, 63, 64 zugehörigen inneren Heizwicklungsstruktur 80 (4a) einstellen, wobei dem Speiser 62, 63, 64 ein Düsenansatz 39 zugeordnet ist, aus dem die Blase 22 je nach Luftzufuhrausbildung herausgedrängt oder impulsartig herausgestoßen wird.
Der Steuerungsvorgang der zweiten Einrichtung 30 stimmt mit dem Steuerungsvorgang aus der ersten Einrichtung 1 überein.
Um eine Hohlkugel 22 in ihrer Geschlossenheit zu erreichen, ist im Falle einer senkrechten Anlage des Schmelztiegels 32 mit senkrecht angeordneter Luftzufuhrhohlnadel 2 an der Ausgangsöffnung 85 des Schmelztiegels 32 ein Speiser 62, 63 oder 64 vorgesehen. Seine Kammer ist um die runde Ausgangsöffnung 85 verteilt. Der jeweils ausgewählte und dem Speiser 62, 63, 64 aufgesetzte Düsenansatz 39 wird entweder zwischen benachbarten einzelnen Zähnen 65 (2a) oder in einem Spalt 66 platziert (2b). Beim Tropfenausflussregime berührt die Schmelze 18 die Oberfläche der Düse 39. Je kleiner die Kontaktfläche ist, desto bessere Rundförmigkeit der Hohlkugel 22 und bessere Reproduzierbarkeit des gesamten Prozesses können erzielt werden. Um den Einfluss der Haftungskräfte auf der inneren Düsenfläche zu verringern, kann entweder eine schräge Düse 67 (2c) eingesetzt werden oder eine Winkeländerung (Neigungswinkel α) des Schmelztiegels 14 über die Schwenklager 34, 35 vorgenommen werden. Andererseits kann die Kontaktzeit in der Düse 3, 39, 67 vergrößert werden, damit der Tropfen 68 (die Schale der zukünftigen Blase 22, wie in 3 gezeigt ist) genügend Schmelzmenge bekommt.
Nachdem eine Blase 22 die Schmelze 18 nach unten gerichtet verlassen hat, gelangt sie in einen senkrecht nach unten führenden abgeschirmten, vorzugsweise hohlzylindrischen Bereich 44 und befindet sich darin im freien Fall 84. Im abgeschirmten Bereich 44 wird die Schale der Blase 22 beruhigt. Nach Verlassen des unteren Teils 45 des Bereiches 44 wird die Blase 22 mit der Luft- oder Gasströmung aus der ersten Blaseinrichtung 40 seitlich weggeblasen. Die kammerbodenseitig angeordnete, senkrecht Aufluft erzeugende zweite Blaseinrichtung 42 erzeugt gleichzeitig nach oben gerichtet einen Wirbel und die Blase 22 steigt außerhalb des abgeschirmten Bereiches 44 spiralförmig divergierend nach oben, die infolge der Zentrifugalkräfte um die Achse 47 des abgeschirmten Bereiches 44 eine Rotationsbewegung 46 in drei Richtungen erhält. Die Rotationsbewegung 46 stellt die sphärische Form der Blase 22 sicher. Die Stabilisierungskammer 31 ist dabei durch einen Trennschild 41 von dem Bereich der Rotationsbewegung 46 geteilt. Im abgeschirmten Bereich um den Trennschild 41 sinkt im Abkühlungsvorgang die Temperatur mit der Höhenzunahme, sodass die Blase 22 zur Hohlkugel erstarrt und gleichzeitig sphäroidisiert. Das Abkühlen kann innerhalb des abgeschirmten Bereiches und unterhalb des Absaugers 43 wahlweise entweder ohne Hilfsmittel oder im Wasser oder im Ölnebel ablaufen. Diese Wahl ist durch die Qualität der Erzeugnisse, ihrer Abmessungen und die Produktivität des gesamten Herstellungsprozesses bedingt. Im oberen Bereich der Stabilisierungskammer 31 wird die Hohlkugel 22 deshalb durch den Sog eines Absaugers 43 aus dem Bereich der Rotationsbewegung 46 entfernt und auf dem Boden der Stabilisierungskammer 31 gesammelt. Die Temperatur wird in 4 in fünf Temperatur-Bereichen T1, T2, T3, T4 und T5 und der Druck in zwei Druck-Bereichen P1 und P2 kontrolliert und gesteuert. Die Temperaturen T1, T2, T3, T4 und T5 lassen sich über Sensorleitungen 55, 51, 52, 53, 54 erfassen, die mit dem Rechner 10 in Verbindung stehen. Die Drücke P1 und P2 werden vom Rechner 10 über die Druckleitungen/Schutzgasleitungen 48 und 49 eingestellt. Um das Klemmen der Luftzufuhrhohlnadel 2 zu verhindern, wird die Höhe der Nadelführung 37 in 4b als minimal dreimal dem Durchmesser der Luftzufuhrhohlnadel 2 gewählt. Eine in der Einrichtung 30 vorgesehene Kippwinkeleinstellung durch die Schwenklager 34 und 35 ermöglicht die Qualität der Hohlkugeln 22 einrichtungsbezogen zu ändern. Die Kippwinkeleinstellung kann ebenfalls über eine signaltechnische und/oder energieversorgungstechnische Verbindung mit dem Rechner 10 mittels eines steuerbaren Kippmechanismus (nicht eingezeichnet) durchgeführt werden.
Bei einer großen Menge der Schmelze 18 oder zur Produktivitätserhöhung kann eine Bewegung der Luftzufuhrhohlnadel 2 durch eine senkrechte Oszillation ersetzt werden, indem ein Vibrator 60 z. B. in Form gesteuerter Magnete im oder am unteren Teil des Schmelztiegels 32 eingebaut ist.
Die 5a zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereiches um die unmittelbare Ausbildung der Hohlkugel 22 mit einem zur Hohlnadel asymmetrisch angeordneten Düsenansatz 39, wobei die 5b einen schematischen vergrößerten Düsenansatz 39 und die 5c eine schematisch vergrößerte Nadelführung 58, die dem Düsenansatz 39 in 5b zugeordnet ist, zeigen.
Die in 5a dargestellte Abweichung der Luftzufuhrhohlnadel 2 von der bisherigen Luftzufuhrhohlnadel 2 in der Einrichtung 30 mit einer senkrechten Ausführung der Luftzufuhrhohlnadel 2 und einem Magnetantrieb des Luftzufuhrrohres 26 kann mehrere Formpositionen aufweisen.
Z. B. wird die Düse 39 der Einrichtung 30 in den 5b – untere Lochscheibe 28 in Draufsicht, obere Lochscheibe 27 in Draufsicht, kombinierte Lochscheiben 28 und 27 zum Düsenansatz 39 übereinander gelegt in Schnittdarstellung mit jeweils einem übereinstimmenden zentralen Loch 87 – und in 5c – die vorgesehene Nadelführung 58 – in einer der möglichen Formpositionen gezeigt. Die Lochscheiben 27 und 28 besitzen zumindest im zentralen Bereich ein Loch/eine Bohrung 87.
In 5b können die beiden übereinanderliegenden Lochscheiben 28 und 27 gegeneinander rotieren. Die obere Lochscheibe 27 enthält dabei einen inneren Ring 271 und einen äußeren Ring 272, in denen jeweils ein inneres Bohrloch 56 bzw. ein äußeres Bohrloch 57 eingebracht ist. Arretiert werden können die beiden Ringe 271, 272 durch einen lösbaren Bolzen 86, der in randseitliche, beide Ringe 271, 272 querende Bohrungen steckbar ist. Abhängig von der Bolzenposition in den seitlich querenden Bohrungen können die Ringe 271, 272 somit entweder gemeinsam arretiert rotieren oder getrennt und nicht arretiert rotieren. Die untere Lochscheibe 28 besitzt auf einem inneren Kreis 59 angeordnete innere Bohrlöcher 77 und auf einem äußeren Kreis 29 liegende äußere Bohrlöcher 69 sowie ein bohrlochfreies sektorartiges Gebiet 88, das für einen vorgegebenen Positionswechsel der Bohrlöcher 56, 57 der verdrehbaren Ringe 271, 272 der oberen Lochscheibe 27 vorgesehen ist.
Um die Zeit der Luftzufuhr oder des Schmelzeausflusses aus allen Bohrlöchern 77, 69 zu vermeiden, dafür aber einen gezielten Schmelzeausfluss zu erreichen, ist die obere Lochscheibe 27 auf der unteren Lochscheibe 28 aufgebracht und mit einem inneren Bohrloch 56 auf dem inneren Ring 271 und/oder mit einem äußeren Bohrloch 57 auf dem äußeren Ring 272 versehen. Die Luftzufuhrhohlnadel 2 verschiebt gemäß des schneckenförmigen Nadelführungselementes 58 in 5c die Ringe 271, 272 der oberen Scheibe 27 beim Positionswechsel derart, dass die Schmelze 18 nur durch ein der Bohrlöcher 56 oder 57 hindurch fließen kann. Beim Positionswechsel des von der Düse 39 vorgesehenen Bohrloches 57 des äußeren Ringes 272 zum Bohrloch 56 des inneren Ringes 271 und zurück können sich das Bohrloch 56 und das Bohrloch 57 der oberen Lochscheibe 27 in eine von Bohrlöchern 77 und 69 freie Position des sektorartigen Gebietes 88 stellen, wie sie im Schnitt A-A der 5b gezeigt ist.
Die Luftzufuhrnadelführung 58 in 5c ist in Übereinstimmung mit den beiden Ringen 271, 272 einschließlich der zugehörigen Bohrlöcher 56 und 57 schneckenartig ausgebildet.
in 6 ist in einem vergrößerten Ausschnitt im Wesentlichen eine weitere Luftzufuhreinheit 81 für die Einrichtung 30 mit dem Magnetantrieb/der Magnetventilschaltung des Luftzufuhrrohres und mit dem Einsatz einer prozessgesteuerten Luftzufuhrhohlnadel 2 im Unterschied zur Luftzufuhreinheit 15 in 4 angegeben.
Diese Ausführung der Luftzufuhreinheit 81 unterscheidet sich von der Luftzufuhreinheit 15 in der vorgenannten Einrichtung 30 dadurch, dass Luft bzw. Gas durch eine Piezo-Pipette 82 dosiert wird. Dies ist besonders vorteilhaft für den inneren Hohlnadeldurchmesser mit weniger als 0,5 mm. Die Piezo-Pipette 82 ist signaltechnisch über der Signalleitung 83 mit dem Rechner 10 verbunden. Zwischen dem Ausgang der Hohlnadel 2 und dem Düsenansatz 39 kann ein angepasster Freiraum gemäß dem Abstand a in 1 zur Schalen- und somit Hohlkugelausbildung vorhanden sein.
Die erste Einrichtung 1 und die zweite Einrichtung 30 können in einer gekoppelten Variante mit einer dritten Einrichtung 90 ausgeführt sein, wobei der größere Schmelztiegel 14 (gemäß Einrichtung 1) über ein beheiztes oder isoliertes Rohr 79 mit einem kleineren, dem größeren Schmelztiegel 14 untersetzten Formschmelztiegel 78 (gemäß Einrichtung 30), in dem eine Luftzufuhrhohlnadel 2 platziert ist, verbunden bleibt, was eine Kontinuität dem Prozess ohne zusätzlichen Ausschalten der gesamten Einrichtung 90 ermöglicht. Die in 7 dargestellte Einrichtung 90 zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus einer metallischen Schmelze 18 ist ebenfalls mit senkrechter Ausführung der Luftzufuhrhohlnadel 2 dargestellt. In der in 7 dargestellten Einrichtung 90 sind nur die einrichtungsbezogenen mechanischen Teile angegeben. Der untersetzte Formschmelztiegel 78 wird von Formschmelztiegelheizungswicklungen 50 geheizt.
Bei der Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus metallischen Schmelzen mittels vorgenannter Einrichtungen 1, 30, 90 werden die Hohlkugeln 22 mit Hilfe einer metallurgischen Verfahrensweise gefertigt, die zur Herstellung von Hohlkugeln 22 mit variablen Durchmessern und nicht geschlossenen Hohlkugeln oder Schalen mit variablen Durchmessern dient. Eine Einrichtung zur Herstellung von nicht geschlossenen Hohlkugeln oder Schalen entspricht den Einrichtungen zur Herstellung von Hohlkugeln aus metallischen Schmelzen, es werden aber zur Herstellung von nicht geschlossenen Hohlkugeln oder Schalen andere Werte der einstellbaren Randbedingungen zur Steuerung des Herstellungsprozesses vom Rechner unter Erfassung und Auswertung der gleichen Prozessparameter eingesetzt.
In den Einrichtungen, insbesondere mit einer Anlage des Schmelztiegels 14 mit einem mantelseitigen seitlichen Ausgang wird der Druck der Schmelze 18 durch die Winkeleinstellungen des Schmelztiegels 14, 32, 78 und der Düse 3, 39 reguliert, um das Tropfenregime der Strömung zu erreichen.
Die Druckzufuhr, aber auch die Nadelbewegung, können entweder einzeln oder voneinander abhängig computergesteuert eingestellt werden.
Dabei kann der zur Schmelze 18 führende Werkstoff frei gewählt werden, weil durch die zahlreichen computergestützten Einstellungsmöglichkeiten die entsprechenden Randbedingungen gezielt eingestellt werden können.
Die Wahl der Randbedingungen kann in Abhängigkeit von den Zustandsdiagrammen der Legierungen oder den Erstarrungskurven im Falle der reinen Metalle erfolgen.
Vorzugsweise wird die Herstellung unter Schutzgas durchgeführt.
Bei einer Schmelztiegelausführung mit einer bodenseitigen Ausgangsöffnung und Düsenanordnung kann die Sphäroidisierung und das Abkühlen in einer Stabilisierungskammer 31 ablaufen, wobei die Hohlkugeln 22 durch einen Wirbel nach oben getrieben oder entweder im Wasser oder im Öl oder in freier Umgebung erstarren.
Bei Anwendung eines Kapillarzuflussrohres kann eine Piezo-Pipette 82 eingesetzt werden.
Die Einrichtungen können auch für eine Verarbeitung niederviskoser reiner metallischer Schmelzen 18 eingesetzt werden.
Bei einer Ausführung des Schmelztiegels 14, 32 mit einer mantelseitigen seitlichen Ausgangsöffnung kann die für einen geführten Fall der Blasen zuständige Neigungsfläche zur Aufnahme der die Düse 3 verlassenden Blasen 22 mit Wasser ständig benetzt bleiben und eine primäre Abkühlung der aus den Blasen 22 entstehenden Hohlkugeln kann somit bereits im unmittelbaren Bereich der Düse 3, 39 stattfinden.
Die Düsen 3, 39 können aus nicht durch die Schmelze 18 benetzbaren Werkstoffen hergestellt werden.
Infolge eines eingestellten Drucks im und außerhalb des Schmelztiegels 14, 32 kann eine kontrollierbare Blasenbildung stattfinden.
Bei einer Hohlkugelherstellung aus Zinnschmelze vor dem Beginn des Luftzufuhrvorgangs können folgende Randbedingungen/Parameter bei einer Schmelztemperatur T_S eingestellt werden:

– Temperatur der Druckluft T_DL oder des Gases T_G mit folgender Beziehung (I): T_S – 50°C ≤ T_DL/G ≤ T_S (I),
– Signal des steuerbaren Magnetventils zur Druckluft-/Druckgas-Zufuhr: Signal-Periode: T_P = 0,5–2,5 s mit einem Dreieckverlauf,
– Durchmesser d der Düse: d ≤ 2 mm,
– Durchmesser D der Hohlnadel: D ≤ 1,5 mm,
– Temperatur im Düsenbereich: T_{Düsenbereich} T_S + 100°C,
– Neigungswinkel der Düse: α ≤ 30°,
– Dynamische Viskosität der Schmelze: η_S ≥ 1,9 mPa, wobei der Quotient der Viskositätsänderung folgende Beziehung (II) 0,01 < ηU / ηS < 10 (II) aufweist, wobei η_S die Viskosität der Schmelze und η_U die Viskosität des Umgebungsmediums an der Düse sind,
– Funktionale Abhängigkeit gemäß der Beziehung (III):
wobei Q ._Schm der Volumenstrom der Schmelze und Q ._Gas der Volumenstrom der Druckluft oder des Gases sind sowie Y einen Proportionalitätskoeffizienten darstellt.

Die Einrichtungen 1, 30, 90 arbeiten weder nach einem pulvermetallurgischem noch einem chemischem Verfahren, sondern allein auf metallurgischem Verfahrenswegen. in den kompakten Einrichtungen, die mit Druckluft/Druckgas als Arbeitsmedium und einer intelligenten Steuerung mit programmtechnischen Mitteln funktionieren, können Hohlkugeln 22 mit unterschiedlichen Innendurchmessern und Außendurchmessern hergestellt werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Hohlkugeln 22 können überall eingesetzt werden. Durch eine Kompaktierung von Hohlkugeln 22 verschiedener Durchmesser wird eine beliebige Form erreicht. Da die Hohlkugeln 22 ziemlich leicht sind, kann eine Gewichtsreduzierung einer Konstruktion erzielt werden. Sie lassen sich als Bausteine für gitterähnliche Konstruktionen, wie Metallschäume, einsetzen. Als andere Anwendungsmöglichkeiten können sie in einer Gaswaschanlage (engl. Scrubber) als Hohlfüllkörper, Wärme- und Akustikdämmungstechnik finden. Die Hohlkugeln 22 können als Granulat oder Schüttgut benutzt werden sowie die geschlossenen Metallschäume teilweise ersetzen, indem eine bessere Homogenität erreicht wird. Außerdem kann ein mit den Hohlkugeln 22 gefülltes Profil beim Biegen die Energie gut absorbieren, sodass eine Anwendung in der Fahrzeugindustrie und zur Sicherheitsgraderhöhung als zweckmäßig erscheint.
Bezugszeichenliste

1: Erste Einrichtung
2: Luftzufuhrhohlnadel
3: Düse
4: Druckfeder
5: Gesteuerte Magnete
6: Gasflasche
7: Manometer
8: Magnetventil
9: Mantelthermoelement
10: Rechner
11: Halteplatte
12: Deckel
13: Heizanlage
14: Schmelztiegel
15: Luftzufuhreinheit
16: Deckel
17: Kammer
18: Schmelze
19: Düsenansatz
20: Außenseite
21: Innenstirnseite
22: Blase/Hohlkugel
23: Neigungsfläche
24: Pumpe
25: Anziehplatte
26: Luftzufuhrleitung
27: Obere Lochscheibe
271: Innerer Ring
272: Äußerer Ring
28: Untere Lochscheibe
29: Äußerer Kreis
30: Zweite Einrichtung
31: Stabilisierungskammer
32: Schmelztiegel
33: Deckel
34: Erstes Schwenklager
35: Zweites Schwenklager
36: Heizwicklung
37: Nadelführung
38: Düsenheizung
39: Düse/Düsenansatz
40: Erste Blaseinrichtung
41: Trennschild
42: Zweite Blaseinrichtung
43: Absauger
44: Abgeschirmter Bereich
45: Unterer Teil
46: Spiralförmige Rotationsbewegung
47: Achse des abgeschirmten Bereiches
48: Druckleitung/Schutzgasleitung
49: Druckleitung/Schutzgasleitung
50: Formschmelztiegelheizungswicklung
51: Sensorleitung
52: Sensorleitung
53: Sensorleitung
54: Sensorleitung
55: Sensorleitung
56: Inneres Bohrloch
57: Äußeres Bohrloch
58: Nadelführungselement
59: Innerer Kreis
60: Vibrator
61: Senkrechte
62: Erster Speiser
63: Zweiter Speiser
64: Dritter Speiser
65: Zähne
66: Spalt
67: Geneigte Düse
68: Tropfen
69: Äußeres Bohrloch
70: Newtonsche Flüssigkeit
71: Primäre Blase
72: Sekundäre Blase
73: Druckgaszufuhr
74: Hohlnadel/Rohr
75: Ausgangsöffnung
76: Behälter
77: Inneres Bohrloch
78: Formschmelztiegel
79: Isoliertes Rohr
80: Heizwicklungsstruktur
81: Luftzufuhreinheit
82: Piezo-Pipette
83: Signalleitung
84: Richtung freier Fall
85: Ausgangsöffnung eines Schmelztiegels
86: Bolzen
87: Zentrales Loch
88: Sektorartiges bohrlochfreies Gebiet
90: Dritte Einrichtung
a: Abstand zwischen Düseninnenstirnseite und Hohlnadelausgang
T: Temperatur
P: Druck
V_Luft: Geschwindigkeitsprofil der Luft-/Gasströmung
V_Tr: Geschwindigkeit des Tropfens

Claims

Einrichtung (1, 30) zur Herstellung von Hohlkugeln und Schalen aus metallischen Schmelzen (18), enthaltend – eine Heizanlage (13), – einen Schmelztiegel (14) als Behälter für das zu schmelzende Metall mit einem Deckel (12), wobei der Schmelztiegel (14, 32) mit einer Heizanlage (13) und mit einem rechnergesteuerten Schutzgaszuführungssystem in Verbindung steht, – eine Luftzufuhreinheit (15), durch deren Öffnungszeiten eines für die Luftzufuhr (15) zuständigen Magnetventils (8) die Größe von Blasen (22) beeinflusst wird, wobei eine mit Hilfe eines speziellen Deckels (16) isolierte Kammer (17) der Heizanlage (13) und der Schmelztiegel (14) über eine Schutzgasleitung (48) mit Schutzgas gefüllt sind, das die Schmelze (18) gegen Oxidation schützt, wobei das Schutzgas gleichzeitig einen Druck (P) erzeugt, der auf die Schmelze (18) wirkt, – die Düse (3) mit einem zugehörigen geometrisch ausgebildeten Düsenansatz (39) an der Außenseite (20) der Düse (3), – eine rohrförmige, der Luftzufuhreinheit (15) zugeordnete Hohlnadel (2), die durch den Schmelztiegel (14) hindurch zur Innenstirnseite (21) der Düse (3) geführt ist, wobei ein Abstand (a) zwischen dem Ausgang der Hohlnadel (2) und der Innenstirnseite (21) der Düse (3) abhängig von Viskosität η_S der Schmelze (18) einstellbar ist, – einen Rechner (10) mit programmtechnischen Mitteln zur Erfassung, Auswertung sowie Steuerung von prozessrelevanten Parametern und – wahlweise einen beheizten Speiser (62, 63, 64), der zwischen der Ausgangsöffnung (85) des Schmelztiegels (14, 32, 78) und dem Düsenansatz (39) angeordnet ist, wobei aus dem Düsenansatz (39) durch Luft-/Gaszufuhr Blasen (22) herausgedrängt werden, die danach in einem Fallvorgang und Abkühlungsvorgang zu Hohlkugeln und Schalen stabilisiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Kippmechanismus mit zwei Schwenklagern (34, 35) enthält, womit der Schmelztiegel (14) in eine bestimmte Position mit dem Winkel (α) von der Senkrechten (61) aus neigbar ist und der Winkel einer dem Schmelztiegel (14, 32) zugeordneten und Blasen (22) bildenden Düse (3) vor der Prozessdurchführung eingestellt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) sowohl mechanisch durch Einstellringe als auch rechnergesteuert durch integrierte Motoren über den Rechner (10) anpassbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (10) mit seinen programmtechnischen Mitteln zur Erfassung, Auswertung und Steuerung von Parameter und Randbedingungen Informationen über Ist-Temperaturwerte (T_S) der Schmelze (18) von einem mit dem Rechner (10) in Verbindung stehenden Mantelthermoelement (9) erhält und nach dem Überschreiten eines eingestellten Ist-Temperaturwertes (T_S) die Luftzufuhreinheit (15) einschaltet, wobei die Zeitabstände der Luftzufuhr durch das Magnetventil (8) mit Hilfe des Rechners (10) gesteuert werden.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhreinheit (15) eine Druckfeder (4), einen steuerbaren Magnet (5), einen Resiver oder eine Gasflasche (6), ein Manometer (7), das vom Rechner (10) geschaltete Magnetventil (8) zur Luftzufuhrsteuerung, eine Luftzufuhrleitung (26), eine Halteplatte (11) und eine Anziehplatte (25) sowie schließlich die Luftzufuhrnadel (2) umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ausgangsöffnung (85) des Schmelztiegels (14, 32) der beheizte Speiser (62, 63, 64) angebracht ist, dessen Kammer um die runde Ausgangsöffnung (85) des Schmelztiegels (14, 32) verteilt ist und einen jeweils ausgewählten und aufgesetzten Düsenansatz (39) aufweist, der Zähne (65) oder einen Spalt (66) besitzt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der waagerechten Anlagenausführung des Schmelztiegels (14) eine zur Senkrechten geneigte Düse (67) nach dem wahlweise angebrachten Speiser (62, 63, 64) eingesetzt ist oder eine Änderung des Neigungswinkels (α) des Schmelztiegels (14) über Schwenklager (34, 35) des Schmelztiegels (14) durchführbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinstellungen durch eine Veränderung des Neigungswinkels der gesamten Einrichtung (1) realisiert sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhrhohlnadel (2) entweder eine waagerechte Lage oder eine geneigte Lage oder eine senkrechte Lage im Schmelztiegel (14, 78) einnimmt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Speiser (62, 63, 64) verbunden sind – eine nachgeordnete Stabilisierungskammer (31) mit wahlweise zwei Schwenklagern (34, 35) sowie mit einer erste Blaseinrichtung (40) mit waagerechter Blasrichtung, einem Trennschild (41), einer bodenseitig angeordneten zweiten Blaseinrichtung (42) mit senkrecht nach oben gerichteter Blasrichtung, und einem Absauger (43) im oberen Bereich der Stabilisierungskammer (31) und – ein abgeschirmter, den zylinderartigen Speiser (62, 63, 64) umfassenden hohlzylinderartiger Bereich (44) zum Realisieren eines freien Falls (84) der ausgegebenen Blase (22) in Richtung zur zweiten Blaseinrichtung (42), wobei der abschirmende Bereich (44) der Stabilisierungskammer (31) zugeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der beheizte Speiser (62, 63, 64) eine innere Heizwicklungsstruktur (80) zur Temperatureinstellung der durchfließenden Schmelze (18) hat, wobei dem Speiser (62, 63, 64) am freien Ende ein Düsenansatz (39) zugeordnet ist, aus dem die Blase (22) je nach Luftzufuhrausbildung durch die Luftzufuhreinheit (15) aus dem Düsenansatz (39) herausgedrängt oder impulsartig herausgestoßen wird.
Einrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verlassen des unteren Teils (45) des abgeschirmten Bereiches (44) die fallende Blase (22) mit der Luftströmung oder der Gasströmung aus der ersten Blaseinrichtung (40) seitlich weggeblasen wird und eine senkrecht Aufluft erzeugende zweite Blaseinrichtung (42) die Blase nach oben gerichtet einen Wirbel erzeugt, wobei die Blase (22) außerhalb des abgeschirmten Bereiches (44) spiralförmig divergierend nach oben steigt und wobei die Rotationsbewegung (46) die sphärische Form der Blase (22) zur Hohlkugel sicherstellt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sensorleitungen vorhanden sind, die prozessrelevante Temperaturen (T1, T2, T3, T4, T5) erfassen und mit dem Rechner (10) in Verbindung stehen, wobei Druckleitungen/Schutzgasleitungen (48, 49) eingebracht sind, über die Drücke (P1, P2) vom Rechner (10) eingestellt werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmelztiegel (14, 32) mit großem Behälterinhalt an Schmelze (18) von einem behälterkleineren untersetzten Formschmelztiegel (78) mit weniger Schmelze (18) getrennt ist, sodass die Unabhängigkeit des Prozesses von der verbrauchten Schmelze (18) im vorgeordneten Schmelztiegel (14, 32) beibehalten wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nadelführung (37) vorhanden ist, deren Höhe minimal dreimal dem Durchmesser der Luftzufuhrhohlnadel (2) gewählt ist.
Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung der Luftzufuhrhohlnadel (2) durch eine senkrechte Oszillation ersetzt ist, indem ein Vibrator (60) oder Vibrationen erzeugende und steuerbare Magnete im oder am unteren Teil des Schmelztiegels (32) oder des dem Schmelztiegel untersetzten Formschmelztiegels (78) eingebaut sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (3) zumindest eine untere Lochscheibe (28) und eine obere Lochscheibe (27), die zu einem Düsenansatz (39) übereinander gelegt sind, aufweist, wobei die beiden übereinander liegenden Lochscheiben (28, 27) luftgesteuert gegeneinander rotierbar ausgebildet sind.
Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Lochscheibe (27) einen inneren Ring (271) und einen äußeren Ring (271) enthält, in denen jeweils ein dezentrales Bohrloch (56; 57) eingebracht sind, wobei die beiden Ringe (271, 272) durch einen lösbaren Bolzen (86), der in ringrandseitliche, beide Ringe (271, 272) querende Bohrungen steckbar ist, arretierbar sind, und wobei abhängig von der Bolzenposition in den ringrandseitlich querenden Bohrungen die Ringe (271, 272) somit entweder gemeinsam arretiert rotierend oder getrennt und nicht arretiert rotierend ausgebildet sind.
Einrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Lochscheibe (28) auf einem inneren Kreis (59) angeordnete innere Bohrlöcher (77) und auf einem äußeren Kreis (29) liegende äußere Bohrlöcher (69) sowie ein bohrlochfreies sektorartiges Gebiet (88) ohne die Bohrlöcher (69, 77) besitzt, wobei das bohrlochfreie Gebiet (88) für einen vorgegebenen Positionswechsel der Bohrlöcher (56, 57) der verdrehbaren Ringe (271, 272) der oberen Lochscheibe (27) vorgesehen ist.
Einrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhrhohlnadel (2) gemäß ihrer Hohlnadelführung (58) die Ringe (271, 272) der oberen Lochscheibe (27) beim Positionswechsel verschiebt, so dass die Schmelze (18) nur durch eines der Bohrlöcher (56; 57) hindurch fließen kann, wobei beim Positionswechsel zwischen dem von dem Düsenansatz (39) vorgesehenen äußeren Bohrloch (57) des äußeren Ringes (272) und dem inneren Bohrloch (56) des inneren Ringes (271) und zurück das innere Bohrloch (56) und das äußere Bohrloch (57) der oberen Lochscheibe (27) in ein von den Bohrlöchern (77; 69) freie Position des sektorartigen bohrlochfreien Gebietes (88) gestellt werden können.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftzufuhrhohlnadel in Form einer Piezo-Pipette (82) piezogesteuert vorgesehen ist, so dass Luft bzw. Gas durch die Piezo-Pipette (82) dosiert geführt wird und wobei die Piezo-Pipette (82) signaltechnisch über der Signalleitung (83) mit dem Rechner (10) gekoppelt ist.
Einrichtung (90) nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelztiegel (14, 32) über ein beheiztes oder isoliertes Rohr (79) mit einem untersetzten Formschmelztiegel (78) verbunden ist, der mit Hilfe von Formschmelztiegelheizungswicklungen (50) geheizt ist und der einen Speiser (62, 63, 64) mit einem zugehörigen Düsenansatz (39) aufweist, wobei dem Speiser (62, 63, 64) die Stabilisierungskammer (31) mittels eines darin realisierten Vorgangs des freien Falls und eines Abkühlungsvorgangs zur Formung der Hohlkugeln (22) nachgeordnet ist.
Einrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (3, 39) aus nicht durch die Schmelze (18) benetzbaren Werkstoffen hergestellt ist.
Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Hohlkugelherstellung aus Zinnschmelze (18) vor dem Luftzufuhrvorgang folgende Randbedingungen/Parameter bei einer Schmelztemperatur T_S eingestellt sind: – Temperatur der Druckluft T_DL oder des Gases T_G mit folgender Beziehung (I): T_S – 50°C ≤ T_DL/G ≤ T_S (I), – Signal eines die Druckluft-/Druckgaszufuhrsteuernden Magnetventils: Signal-Periode T_P = 0,5–2,5 s mit einem Dreieckverlauf, – Durchmesser (d) der Düse: d ≤ 2 mm, – Durchmesser (D) der Hohlnadel: D ≤ 1,5 mm, – Temperatur im Düsenbereich: T_{Düsenbereich} ≥ T_S + 100°C, – Neigungswinkel (α) der Düse: α ≤ 30°, – Dynamische Viskosität der Schmelze: η_S ≥ 1,9 mPa, wobei der Quotient der Viskositätsänderung folgende Beziehung (11): 0,01 < ηU / ηS < 10 (II) aufweist, wobei η_S die Viskosität der Schmelze und η_U die Viskosität des Umgebungsmediums an der Düse sind, mit einer – Funktionale Abhängigkeit gemäß der Beziehung (III):
wobei Q ._Schm der Volumenstrom der Schmelze und Q ._Gas der Volumenstrom der Druckluft oder des Gases sind sowie Y einen Proportionalitätskoeffizienten darstellt.
Einrichtung nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der hergestellten Hohlkugeln (22) oder Schalen größer als 0,3 mm ist.