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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft die Herstellung von Aluminiumgussbauteilen und, insbesondere, die Verfahren und Technologien zur Herstellung porositätsfreier Aluminiumgussteile mit feiner Mikrostruktur, ohne Verwendung von Entgasungsgeräten oder Feinkornzusätzen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Porosität und Kornstruktur sind seit langem als Faktoren bekannt, die die mechanischen Eigenschaften, vor allem die Dauerfestigkeit von Gussbauteilen beeinträchtigen. Porosität bildet sich bei der Erstarrung durch Volumenschrumpfung vom Flüssig- zum Festzustand, während sich unerwünschte Kornstrukturen (einschließlich großer und säulenartiger Kornformationen) bilden können, falls die Erstarrungstemperaturen nicht sorgfältig kontrolliert werden. Diese Schwierigkeiten sind besonders gravierend beim Gießen leichtgewichtiger Metalllegierungen (wie z. B. aluminiumbasierter Legierungen im Allgemeinen und der Al-Si-Legierungen (insbesondere 319, 356, 390 oder dergleichen), die u. a. dazu verwendet werden, Automobil-Zylindergehäuse und -Endkammern herzustellen.
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Hinsichtlich der Porosität ist im Vergleich zum flüssigen Metall oft die Entwicklung von gelösten Gasen als Folge der deutlichen Abnahme der Löslichkeit der Gase im Festzustand die Hauptursache. Dies gilt insbesondere für aluminiumbasierte Gussbauteile, bei denen wasserstoffinduzierte Porosität die dominante Form ist, da Wasserstoff das einzige Gas ist, das in geschmolzenem Aluminium merkbar löslich ist. Daher gibt es mehrere Verfahren, die derzeit verwendet werden, um die Aufnahme und den Wasserstoffgehalt in flüssigem Aluminium zu reduzieren. Diese umfassen verschiedene Entgasungsverfahren, einschließlich Rotationsimpellerentgasung, Tablettenentgasung (wie z. B. Hexachlorethan (C2Cl6)), sowie Unterdruck- und Sprühentgasung. Obwohl diesen Entgasungsverfahren bei der Verfeinerung der aluminiumbasierten Schmelzen Wirksamkeit in verschiedenem Ausmaß gezeigt haben, können diese (beispielsweise, aufgrund Cl2-Gasfreisetzung) zu Umweltproblemen führen oder mit erheblichen Investitionen verbunden sein.
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Hinsichtlich der Kornstruktur ist es wünschenswert, eine gleichachsige feine Kornstruktur in aluminiumbasierten Gussteilen zu verfolgen, um dadurch Schrumpfungen, Warmrisse und Ermüdungsanfälligkeit gering zu halten, und um eine gleichmäßigere Verteilung der Feinskala-Zweitphasen und Mikroporosität zu erreichen. Diese wiederum verbessern die Dehngrenze, Bruchzähigkeit und andere nützliche mechanische Eigenschaften. Im Allgemeinen hat jeder Faktor, der die Anzahl von Keimbildungsstellen erhöht oder die Wachstumsrate verringert, eine Tendenz, Feinkörner in einer Aluminiumgusslegierung hervorzubringen. Häufig verwendete Methoden umfassen die Verwendung einer Kühlwalze oder einem ähnlich Einsatz in die Gießform, um die lokale Erstarrungsgeschwindigkeit zu erhöhen (was wiederum die Korngrößenreduktion, sowie die damit verbundenen mechanischen Eigenschaften fördert). So werden beispielsweise die Trennwände in der Nähe der Kurbelwellenzapfenbereiche in einem sandgegossenen Motorblock mit Schwermetall-Kühlwalzen gebildet, um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu gewährleisten. Leider können sich bei der Verwendung von Kühlwalzen unerwünschte lokale säulenförmige Kornstrukturen bilden; derartige Strukturen können die Dauerfestigkeit des Materials wesentlich reduzieren. Daher werden in der Praxis oft Feinkornzusätze in Form von chemischen oder elementaren Zusatzstoffen (wie z. B. Ti, B, C oder Kombinationen derselben) in das flüssige Metall oder die Form platziert, bevor die Form unter Verwendung einer Kühlwalze gefüllt wird. Da die Zugabe eines solchen Feinkornzusatzes in eine flüssige Metallschmelze im Ofen im Laufe der Zeit oft zu Schlammablagerungen führt, kann ein solcher Ansatz die Wartungskosten für den Ofen und die Rezirkulationspumpe beträchtlich erhöhen. In gleicher Weise führt die Kornverfeinerung innerhalb der Form oft dazu, dass mehr Oxide entstehen (was zu unerwünschter Bi-Filmbildung beitragen kann) und eine Mikrostruktur-Segregation in dem Gussteil erfolgt. Die gegenwärtigen Erfinder sind daher davon überzeugt, dass diese beiden Ansätze zur Kornverfeinerung vermieden werden sollten.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird ein System zur Entgasung und Kornverfeinerung der Metallschmelze offenbart. Das System umfasst eine Förderbandkonstruktion, die dazu dient, eine Quelle diesen Metallschmelze strömungstechnisch mit einer Form zu kuppeln, sowie eine Vorrichtung, die dazu dient, Ultraschallschwingungen auf Abschnitte der Förderbandkonstruktion (oder die Metallschmelze, das durch einen Strömungsweg fließt, der durch die Förderbandkonstruktion definiert wird) zu übertragen, sodass die Metallschmelze zumindest während eines Teils seines Strömungsweges zwischen der Quelle und der Form mit den Schwingungen zusammenwirkt, um das Vorkommen von Wasserstoffgas, sowie dessen Korngröße (bei anschließender Erstarrung) zu reduzieren. Eine derartige Konfiguration nutzt den Vorteil, dass die Löslichkeit von Wasserstoff, Oxiden oder anderen Verunreinigungen (die einen erheblichen Beitrag zur Gussporosität leisten) im Verhältnis zum festen Zustand im flüssigen oder geschmolzenen Zustand deutlich höher ist. Auf diese Weise zwingen die induzierten Schwingungen entlang des Strömungsweges der Metallschmelze oft die weniger dichten gasförmigen Verunreinigungen heraus, bevor das Metall in der Form erstarrt (sich verhärtet). Daher ist der Wasserstoff (oder andere gasförmige Verunreinigungen), die/der zuvor in der Metallschmelze eingeschlossen waren, sobald eine wesentliche in der Schöpfkelle enthaltene Gesamtmenge des Metalls erstarrt, bereits zum größten Teil oder vollständig freigesetzt. Außerdem trägt die Platzierung der an den Formabschnitten angrenzenden Schwingungen dazu bei, weiterhin kleine, gleichachsige Körner nach der Verfestigung der Komponente zu gewährleisten. Auf diese Weise werden sowohl das Vorkommen von Wasserstoffgas als auch die Korngröße der Schmelze reduziert. Somit kann die Entgasung und Kornverfeinerung je nach Lage der schwingungsinduzierenden Geräte kontinuierlich oder lokal erfolgen. In Situationen zum Beispiel, in denen eine Entgasung oder Kornverfeinerung des gesamten Gussbauteils erwünscht ist, befinden sich die Ultraschallschwingungsstellglieder im Gießverfahren ggf. an zahlreichen Stellen entlang des Strömungsweges, unter anderem an der Gießrinne, Gießpfanne oder dem Gießbecken. In gleicher Weise kann eine lokale Entgasung oder Kornverfeinerung bei ausgewählten Bauteilpositionen (wie z. B. den Trennwänden in einem Motorblock oder den Brennräumen in einem Zylinderkopf) erreicht werden, indem die Ultraschallschwingungsstellglieder angrenzend an bestimmte den verschiedenen Teilbereichen entsprechenden Formabschnitten positioniert werden. In einer exemplarischen Form befinden sich diese ggf. auf der Kühlwalze oder einem ähnlichen Kühlkörpereinsatz, der bzw. die angrenzend an einer Motorblocktrennwand, einem Zylinderkopfbrennraum oder dergleichen angeordnet sind. Bezeichnenderweise ermöglicht der Betrieb der schwingungsinduzierenden Geräte, dass diese Entgasung und Kornverfeinerung ohne aufwendige zusätzliche Maschinen oder der Verwendung von Feinkornzusätzen in Verbindung mit der Metallschmelze erfolgt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumgusskomponente offenbart, worin unter Verwendung von Ultraschallschwingungen sowohl die Entgasung als auch die strukturelle Verfeinerung durchgeführt werden. Das Verfahren umfasst die Beförderung einer aluminiumbasierten Schmelze (die auch als Metallschmelze oder flüssige Metallvorstufe zur fertigen Komponente bezeichnet wird) von dessen Quelle an eine Form, unter Anwendung von Ultraschallschwingungen auf die Schmelze während mindestens eines Abschnitts des Strömungsweges zwischen der Quelle und der Form, um eine Entgasung des Wasserstoffs in der Schmelze im Verhältnis zum Nichtvorhandensein diesen Schwingungen zu erreichen, und unter Anwendung von Ultraschallschwingungen auf die Schmelze während der Erstarrung in der Form, sodass mindestens ein Teil der Komponente Reduzierungen der Korngröße im Verhältnis zum Nichtvorhandensein diesen Schwingungen aufweist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die folgende detaillierte Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann am besten verstanden werden, wenn sie zusammen mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, in welchen gleiche Strukturen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und in denen:
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1 eine Ansicht eines hypothetischen Motorblocks zeigt, der gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gegossen werden könnte;
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2A und 2B gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Fluidverbindung zwischen einer vereinfachten Metallschmelze-Förderband- und Gusskonstruktion zeigen;
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3A bis 3C Photomikrographien sind, die einen Porositätsvergleich einer Aluminiumlegierungsgussprobe zeigen, wobei 3A diese Porosität speziell ohne Verwendung von Ultraschallschwingungen zeigt und 3B und 3C diese Reduzierung der Porosität mit aufeinanderfolgenden längeren Einwirkzeiten der Ultraschallschwingung darstellen;
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4 eine hypothetische Anordnung der Übertragungseinheit für Ultraschallschwingungen im Verhältnis zu einer Trennwand eines V-förmigen Motorblocks zeigt;
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5 eine hypothetische Anordnung der Übertragungseinheit für Ultraschallschwingungen im Verhältnis zu einer Verbrennungskammer eines Zylinderkopfes zeigt; und
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6A bis 6C Photomikrographien sind, die einen Korngrößenvergleich einer Aluminiumlegierungsgussprobe zeigen, wobei 6A diese Porosität speziell ohne Verwendung von Ultraschallschwingungen zeigt und 6B und 6C diese Reduzierung der Größe mit aufeinanderfolgenden längeren Einwirkzeiten der Ultraschallschwingung darstellen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter Bezugnahme auf 1 wird eine vereinfachte Ansicht eines Vierzylinder-Verbrennungsmotorblocks eines Kraftfahrzeugs 100 mit Zylinderbohrungen (im Folgenden auch als „Motorbohrungen” oder einfach nur als „Bohrungen” bezeichnet) 105 dargestellt. Neben den Bohrungen und je nach Motorkonfiguration enthält das Gehäuse 100 – unter anderem – Abschnitte für ein Kurbelgehäuse 110, Kurbelwellenlager 120, Nockenwellenlager 130 (bei Motoren mit hängenden Ventilen und Schubstangen), Wasserkühlmäntel 140, Schwungradgehäuse 150 und Zylinderbohrungen 160, die durch den Hohlraum definiert sein können. Obwohl nicht dargestellt, ist ein Zylinderkopf (beispielsweise durch Verbolzen) an der obere Seite des Motorblocks 100 befestigt und definiert (unter anderem) im Allgemeinen zylinderförmige kuppelartige Bereiche, die auf die oben erläuterten Zylinderbohrungen 105 ausgerichtet sind, sodass die mit Kolben, Zündkerzen und Ventilen (hier nicht dargestellt) bestückten Brennkammern den Verbrennungsvorgang und damit die Antriebskraft beeinflussen können. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, kann die vorliegende Erfindung dazu verwendet werden, eine lokalisierte Erhöhung der strukturellen Materialeigenschaften für die Lager 120, 130 und anderweitigen Flächen bereitzustellen, bei denen von erheblichen statischen und dynamischen Belastungen ausgegangen werden kann.
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Bei Betrachtung der 2A und 2B, ist festzustellen, dass das strömungstechnische Zusammenwirken zwischen der vorgelagerten Metallschmelzen-Förderbandkonstruktion 200 und der nachgelagerten Gießvorrichtung mit Schwerkraftguss 300 dargestellt wird. Das aluminiumbasierte Material wird zunächst in einem Ofen 210 geschmolzen und anschließend mit Hilfe einer Pumpe (wie z. B. einer elektromagnetischen, mechanischen oder anderweitig im Fachgebiet bekannten Pumpe) 220 durch die Metallschmelzen-Förderbandkonstruktion 200 gepresst. Die Metallschmelzen-Förderbandkonstruktion 200 beinhaltet verschiedene Fluidkanäle, einschließlich Gießrinne 230, Gießpfanne 240 und Gießbecken 250 (hypothetisch als Versatzbecken dargestellt, jedoch gleichermaßen auf konische oder andere Formen anwendbar).
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Die Gießvorrichtung 300 beinhaltet einen Gießtrichter 310, der die Metallschmelze (oder Schmelze) 400 aus der Gießpfanne 240 und dem Gießbecken 250 aufnimmt. Aus dem Gießtrichter 310 sammelt sich die Metallschmelze 400 in einer Einfüllkapsel oder einem Einfüllbrunnen 320 und anschließend in einem allgemein horizontalen Einlasskanal 330 (für Niederdruck-Gießvorgänge, wie z. B. Sandguss) oder einer Gießkammer (nicht gezeigt, für Hochdruck-Gießvorgänge). Die Form 340 beinhaltet einen Ober- 350 und einen Unterkasten 360 als entsprechend obere und untere Hälften einer trennbaren Struktur, obwohl auch andere Variationen (wie die im Fachgebiet bekannte Variation zur Herstellung eines Motorblocks bzw. Zylinderkopfes) für die Form 340 eingesetzt werden können. Allgemein horizontale Eingüsse 370 werden verwendet, um den Einlasskanal 330 mit dem Oberkasten 350 und/oder Unterkasten strömungstechnisch zu verbinden, um die Metallschmelze 400 in den Innenhohlraum zu befördern, der die Form der herzustellenden Komponente definiert. Ein zusätzliches Steigrohr 380 (auch Zuführung genannt) kann in dem obersten Teil der Form 340 angeordnet sein, um für eine optionale weitere Zuführung verwendet zu werden und eine Schrumpfung aufgrund der Verfestigung auszugleichen.
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Die Übertragungseinheit für Ultraschallschwingungen 500 beinhaltet zahlreiche diskret platzierte Schwingungserreger oder Stellglieder, wie z. B. Sonden, Wandler, oder dergleichen. In einer alternativen Ausführungsform können die Schwingungen der Übertragungseinheit für Ultraschallschwingungen 500 durch einen Magnete-hydrodynamischen Rührmechanismus, wie z. B. eine magnetbasierte elektromagnetische Spule oder dergleichen, übertragen werden. Außerdem können die Ultraschall-Sonden, Wandler oder Spulen an Stellen, wie beispielsweise in Situationen, in denen sie in an Orten platziert sind, wo sie sehr hohen Temperaturen ausgesetzt wären, wie beispielsweise in der Gießform, des Weiteren Kühlungsmechanismen (wie z. B. forcierte Wasserkühlungen) beinhalten. In einer Form, wie in 2A im Einzelnen dargestellt, sind die Stellglieder der Übertragungseinheit für Ultraschallschwingungen 500 entlang der axialen Länge der Gießrinne 230 beabstandet, obwohl eine zusätzliche Platzierung angrenzend an die Gießpfanne 240 und/oder an das Gießbecken 250 oder in dem Gießtrichter 310 (wie in 2B im Einzelnen dargestellt) oder in dem Einlasskanal 330 ebenfalls vorzuziehen sind, da sich dieselben (wie hypothetisch in 2B dargestellt) um jeden anderen Bereich zwischen der Gießrinne 230 und der Form 340 befinden, bei der ggf. eine Entgasung der Metallschmelze 400 erforderlich ist. Durch die Anwendung von Ultraschallschwingungen einer bestimmten minimalen Intensität (zum Beispiel, mit einer akustischen Intensität von 10 W/cm2 bei einer Amplitude von 60 % und einer Frequenz von 20 kHz) auf die Metallschmelze 400, welche durch die Gießrinne 230, die Gießpfanne 240, das Gießbecken 250 und den Gießtrichter 310 fließt, kann der in der Metallschmelze 400 vorhandene restliche Wasserstoff – durch gleichzeitiges Rühren – in einer kontinuierlichen Entgasungsbewegung über der Strömungsweglänge, die durch den Teil der Metallschmelzen-Förderbandkonstruktion 200 definiert ist, welcher in Schwingungsbewegung mit der Übertragungseinheit für Ultraschallschwingungen 500 zusammenwirkt, an die Oberfläche aufsteigen.
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Als Nächstes sind in 3A bis 3C die Ergebnisse eines Entgasungsvorgangs auf einer aluminiumbasierenden Legierungsprobe dargestellt. 3A zeigt im Einzelnen deutlich dunkle Bereiche (Porosität), die entstehen, wenn das Metall in geschmolzener Form keinerlei Ultraschallschwingungen ausgesetzt ist, während 3B und 3C aufeinanderfolgend kleinere Mengen der Porosität zeigen, wenn die Metallschmelze 15 Sekunden lang Ultraschallschwingungen einer Temperatur von 750 °C (3B) und 34 Sekunden lang einer Temperatur von 750 °C (3C) ausgesetzt wird.
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Als Nächstes bezugnehmend auf 4 und 5 sind zwei hypothetische Anordnungen der Übertragungseinheit für Ultraschallschwingungen 500 neben einem Motorblock (4) und einen Zylinderkopf (5) dargestellt. In 4 sind insbesondere Abschnitte eines V-förmigen Blocks 600 dargestellt. Außer ein paar im Allgemeinen abgewinkelten Zylinderreihen, mit denen die Zylinderbohrungen (und gegebenenfalls eine größere Anzahl diesen Bohrungen) definiert werden, ist der Block 600 ähnlich konstruiert wie der oben erläuterte Block 100, und beinhaltet einen Trennwandbereich 610, der der Länge nach der Vorder- oder Rückseite des Blocks 600 entspricht, welcher Lager enthält, die den Lagern 120, 130 des Blocks 100 ähneln. Die Übertragungseinheit für Ultraschallschwingungen 500 (die vorliegend in Form einer elektromagnetischen Spule dargestellt ist) kann angrenzend an den Abschnitt angeordnet sein, der einer zusätzlichen Oberflächenaushärtung Kornverfeinerung bedarf (wie z. B. die oben erwähnten Lager 120, 130). Wie oben erläutert, haben die gegenwärtigen Erfinder entdeckt, dass die Anwendung von Ultraschallschwingungen in Verbindung mit einer lokalisierten Kühlwalze 700 die Korngröße, sowie die Tendenz in säulenförmiger Weise zu wachsen, deutlich reduziert. Wie in 5 im Einzelnen gezeigt, kann die Übertragungseinheit für Ultraschallschwingungen 500 auch innerhalb des Kuppelbereichs des Zylinderkopfes 800 angeordnet sein. Die zur Herbeiführung einer schnellen Verfestigung (und der bevorzugten gleichachsigen Kornstruktur) verwendete Kühlung kann dadurch erreicht werden, indem (wie durch die Pfeile angezeigt) Kühlwasser oder ein ähnliches Kühlmittel zu und von der Sonde oder dem Wandler hin- oder herausgeleitet werden.
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Als Nächstes bezugnehmend auf die 6A bis 6C sind die Ergebnisse eines Kornverfeinerungsvorgangs an einer aluminiumbasierten Legierungsprobe dargestellt. 6A zeigt im Einzelnen eine deutliche Porosität und eine relativ große Kornstruktur, wenn das Metall erstarrt ist, ohne irgendwelchen Ultraschallschwingungen ausgesetzt gewesen zu sein, während 6B und 6C aufeinanderfolgende kleinere (d. h. feinere) Korngrößen zeigen, sofern die Metallschmelze unmittelbar vor der Erstarrung 15 Sekunden lang bei einer Temperatur von 750 °C (6B) und 34 Sekunden lang bei einer Temperatur von 750 °C (6C) Ultraschallschwingungen ausgesetzt wird. Wichtig ist, dass sowohl die Porositätsreduzierungen der 3B und 3C, sowie die Korngrößenreduzierung und omnidirektionalen Muster der 6B und 6C ohne Zuhilfenahme von Zusätzen, wie z. B. Feinkorn- oder Entgasungszusätzen, erreicht werden. Darüber hinaus werden die genannten Ergebnisse ohne die Notwendigkeit komplexer Entgasungsgeräte erzielt.
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Im vorliegenden Kontext werden sämtliche Teile, aus denen sich die Förderbandkonstruktion 200 zusammensetzt, als separate, diskrete Komponenten dargestellt. Dennoch wird sich auf dem Gebiet versierten Fachleuten erschließen, dass die verschiedenen funktionellen Eigenschaften dieser Komponenten (einschließlich der Gießrinne 230, Gießpfanne 240 und des Gießbeckens 250) in größeren, strukturell integrierteren Komponenten subsumiert werden kann, um die hierin beschriebenen verschiedenen Flüssigmetall-befördernden Funktionen zu imitieren, und dass sämtliche Kombinationen derartiger integrierten Komponenten, die eine solche Funktion oder Funktionen ausführen, unabhängig davon, ob die Komponenten, die eine solche Funktion ausführen, räumlich voneinander trennbar sind, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen. So kann beispielsweise das distale Ende der Gießrinne 230 mit einer angeformten Düse oder einem ähnlichen Spender (nicht dargestellt) bestückt sein, die oder der als Gießpfanne 240 dient, sodass die durch die Gießrinne 230 fließende Metallschmelze 400 aus der Gießpfanne 240 und in das Gießbecken 250 abgegeben wird. Die Tatsache, dass die Gießpfanne 240 entweder (a) in strukturelle Hinsicht mit der Gießrinne 230 integriert ist oder (b) nicht einmal vorhanden ist, hat keinerlei Auswirkungen auf die Tatsache, dass deren funktionelle Eigenschaften noch vorhanden sind, wenn die Metallschmelze 400 aus dem Ofen 210 und durch die Gießrinne 230 in das geeignete Gießbecken 250 geleitet wird. Das Vorhandensein diesen funktionellen Eigenschaften anstatt deren jeweiliger Strukturkomponente in diskreter Form, ist daher ausschlaggebend dafür, ob dieselben einen Teil der gesamten Förderbandkonstruktion 200 bilden. Zudem kann, solange diese Funktion nachweisbar ist, davon ausgegangen werden, dass die entsprechende Struktur ebenfalls vorhanden ist.
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Die Anordnung der Übertragungseinheit für Ultraschallschwingungen 500 (insbesondere mit der zuvor erwähnten Sonde bzw. Wandlerkomponente der Einheit) wird im Allgemeinen als „an” einer oder mehreren diskreten Stellen entlang des Strömungsweges der Metallschmelze 400, sowie „in” oder „an” einer oder mehreren Stellen innerhalb der Form 340 aufgeführt und beschrieben, die dazu verwendet wird, der Komponente ihre Form zu geben. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet dies nicht, dass diese Einheit (obgleich möglich) in die entsprechende Förderbandkonstruktion 200 bzw. Form 340 physikalisch integriert sein muss, sondern bedeutet lediglich, dass diese Einheit nahe genug angeordnet ist, um die Effektivität der erzeugten Ultraschallschwingungen im Verhältnis zu dem geschmolzenen oder erstarrten Metall zu gewährleisten; daher können die Schwingungssonde, der Wandler oder die Spule der Übertragungseinheit für Ultraschallschwingungen 500 an oder angrenzend an eine innere oder äußere Fläche der Einheit 200 bzw. Form 340 angeordnet sein.
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Durch die Verwendung einer geeigneten Steuerung (nicht dargestellt) kann der Gießvorgang automatisiert werden. In einem solchen Fall ist die Steuerung ggf. mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) und einem inhaltsadressierbaren Speicher ausgestattet (beispielsweise in Form eines schreibgeschützten Speichers (ROM) zum Speichern eines Programms, das den Betrieb der Gesamtvorrichtung steuert, sowie in Form eines Direktzugriffsspeichers (RAM) mit Datenspeicherbereich). Der CPU ist während der zusätzlichen Signalverarbeitung, z. B. durch einen Analog-Digital(A/D)-Wandler und eine oder mehrere Filterschaltungen, mit einer Ein-/Ausgangsschnittstelle verbunden (die einen diskreten und/oder analogen Eingang und Ausgang bereitstellt). Diese Steuerung kann als digitaler Signalprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung, feldprogrammierbarer Universalschaltkreis, als geeignete programmierbare Logikvorrichtung, als diskretes Gatter bzw. diskrete Transistorlogik, als diskrete Hardwarekomponenten oder als eine Kombination derselben implementiert oder ausgeführt werden. In einer bevorzugten Form wird die Steuerung so konfiguriert, dass die Übertragungseinheit für Ultraschallschwingungen 500 Anweisungen über deren Betrieb, einschließlich Frequenzen und Schwingungsamplitude, erhält. In einer exemplarischen Ausführungsform erfolgen diesen Schwingungen mit einer minimalen akustischen Intensität von 10 W/cm2, 60 % Amplitude (ein Maß für den Energiebereich der Schwingungen) bei einer Schwingungsfrequenz von mindestens ca. 15 kHz und vorzugsweise mindestens ca. 20 kHz. Die gegenwärtigen Erfinder haben festgestellt, dass um eine ausreichende Entgasung und Kornverfeinerung der Aluminiumgusslegierungen durchführen zu können, die Frequenz mindestens 15 kHz betragen muss, und dass obgleich eine höhere Frequenz hilfreich ist, praktische Begrenzungen der Kapitalkosten für Ultraschallschwingungsgeräte berücksichtigt werden müssen. Im vorliegenden Zusammenhang sollte eine obere Grenzfrequenz von etwa 100 kHz für eine mit angemessenen Gerätekosten verbundene ausgeglichene Hochfrequenzfähigkeit ausreichen. Gleichermaßen liegt der gewünschte Amplitudenbereich zwischen etwa 50 % und 100 %.
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Es wird angemerkt, dass Begriffe, wie „vorzugsweise,” „normalerweise,” und „in der Regel”, hier nicht zur Einschränkung des erfindungsgemäßen Schutzumfangs verwendet werden oder implizieren, dass bestimmte Merkmale kritisch, wesentlich oder sogar wichtig für die erfindungsgemäße Struktur oder Funktion der Erfindung sind. Stattdessen werden diese Begriffe verwendet, um lediglich alternative oder zusätzliche Merkmale hervorzuheben, die in einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden können aber nicht müssen.
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Zum Zweck der Beschreibung und Definition der vorliegenden Erfindung wird angemerkt, dass der Begriff „Gerät” hier genutzt wird, um eine Kombination aus Komponenten, sowie einzelne Komponenten unabhängig davon darzustellen, ob die Komponenten mit anderen Komponenten kombiniert sind. Beispielsweise beinhaltet ein „Gerät” gemäß der Erfindung ggf. eine elektrochemische Umwandlungseinheit oder Brennstoffzelle, ein Fahrzeug mit einer elektrochemischen Umwandlungseinheit, usw.
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Zum Zweck der Beschreibung und der Definition der vorliegenden Erfindung sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung „im Wesentlichen” hierin verwendet wird, um den inhärenten Grad von Unsicherheit darzustellen, der jedem quantitativen Vergleich, Wert, Maß oder jeder anderen Darstellung zugeschrieben werden kann. Der Begriff „im Wesentlichen” wird hierin außerdem verwendet, um den Grad darzustellen, mit dem eine quantitative Darstellung von einer angegebenen Referenz abweichen kann, ohne die grundlegende Funktion der behandelten Materie zu ändern.
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Nachdem die Erfindung detailliert und mit Bezug zu spezifischen Ausführungsformen dergleichen beschrieben wurde, wird es offensichtlich sein, dass Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, der in den angehängten Patentansprüchen definiert ist. Genauer wird erwogen, dass die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die bevorzugten Aspekte der Erfindung beschränkt ist, obgleich manche Aspekte hierin als bevorzugt oder besonders vorteilhaft beschrieben werden.
