DE60213977T2

DE60213977T2 - System zur zufuhr von metallschmelze unter konstantem druck und verfahren zur herstellung von endlosmetallartikeln

Info

Publication number: DE60213977T2
Application number: DE60213977T
Authority: DE
Inventors: M. Vivek Alcoa Center SAMPLE; E. Scott Alcoa Center REIGHARD; A. Vincent Alcoa Center PAOLA; G. Ronald Alcoa Center CHABAL
Original assignee: Alcoa Inc
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: BR0208996A; WO2002085557A3; EP1714718B1; AU2002307417A1; EP1395380B1; US20030085019A1; US20040154783A1; DE60213977D1; HUP0303812A3; ES2271325T3; JP2004538145A; US6712126B2; JP4357458B2; JP4399166B2; ATE336314T1; CN1254329C; BR0208996B1; DE60227580D1; US6712125B2; ES2310383T3

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Zufuhr von Metallschmelze und insbesondere ein Sytem zur Zufuhr von Metallschmelze unter konstantem Druck sowie ein Verfahren zum Formen eines kontinuierlichen Metallartikels unbestimmter Länge.
Das als Extrusion bekannte Metallverarbeitungsverfahren umfasst das Pressen des Metallmaterials (Barren oder Gussblock) durch eine Pressformöffnung mit einer vorbestimmten Gestaltung, um ein Profilteil mit einer langen Länge und einem im Wesentlichen konstanten Querschnitt zu bilden. Zum Beispiel wird das Aluminiummaterial bei der Extrusion von Aluminiumlegierungen auf die geeignete Extrusionstemperatur erhitzt. Das Aluminiummaterial wird dann in einen erhitzten Zylinder gebracht. Der im Extrusionsverfahren verwendete Zylinder hat an einem Ende eine Pressformöffnung der gewünschten Form und einen auf- und abbewegbaren Kolben oder Stössel mit nahezu den gleichen Querschnittsabmaßen wie die Bohrung des Zylinders. Der Kolben oder Stössel bewegt sich gegen das Aluminiummaterial, um es zu komprimieren. Die Öffnung in der Pressform ist der Weg des geringsten Widerstands für das unter Druck stehende Aluminiummaterial. Das Aluminiummaterial deformiert sich und fließt durch die Pressformöffnung, um ein extrudiertes Produkt mit der gleichen Querschnittsform wie die Pressformöffnung zu erzeugen.
Das zuvor beschriebene Extrusionsverfahren ist Bezug nehmend auf 1, durch die Bezugsziffer 10 gekennzeichnet und besteht typischerweise aus verschiedenen diskreten und diskontinuierlichen Arbeitsvorgängen einschließlich: Schmelzen 20, Giessen 30, Homogenisieren 40, optional Sägen 50, Wiedererhitzen 60 und schliesslich Extrudieren 70. Das Aluminiummaterial wird bei einer erhöhten Temperatur gegossen und typischerweise auf Raumtemperatur abgekühlt. Weil das Aluminiummaterial gegossen ist, gibt es eine bestimmte Menge von Inhomogenitäten in der Struktur, und das Aluminiummaterial wird erhitzt, um das Gussmetall zu homogenisieren. Nach dem Homogenisierungsschritt wird das Aluminiummaterial auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach dem Kühlen wird das homogenisierte Aluminiummaterial wieder in einem Ofen auf eine erhöhte Temperatur, der sogenannten Vorglühtemperatur, erhitzt. Der Fachmann wird berücksichtigen, daß die Vorglühtemperatur generell für jeden Barren, der im Rahmen einer Serie von Barren extrudiert werden soll, die gleiche ist und auf Erfahrungswerten beruht. Nachdem das Aluminiummaterial die Vorglühtemperatur erreicht hat, ist es vorbereitet, um in eine Extrusionspresse eingebracht und extrudiert zu werden.
Alle vorgenannten Schritte beziehen sich auf Anwendungen, die dem Fachmann aus dem Bereich des Gießens und Extrudierens gut bekannt sind. Jeder der vorhergehenden Schritte steht in Beziehung mit einer metallurgischen Einflussnahme auf das zu extrudierende Metall. Diese Schritte sind sehr teuer, mit Energiekosten, die jedes Mal entstehen, wenn das Metallmaterial von der Raumtemperatur ausgehend vorgeglüht wird. Außerdem wohnen dem Verfahren Rückgewinnungskosten in Verbindung mit dem Bedürfnis, das Metallmaterial zu trimmen, Laborkosten im Zusammenhang mit dem Verfahrensinventar, sowie Kapital- und Betriebskosten für die Extrusionsausrüstung inne.
Aus dem Stand der Technik sind Versuche bekannt, eine Extrusionsvorrichtung so zu gestalten, dass sie unmittelbar mit geschmolzenem Metall betrieben werden kann. Das US-Patent Nr. 3,328,994 für Lindemann offenbart ein solches Beispiel. Aus dem Lindemann-Patent ist eine Vorrichtung zum Extrudieren von Metall durch eine Extrusionsdüse zum Erzeugen einer massiven Stange bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Raum zum Aufnehmen eines Vorrats gechmolzenen Metalls sowie eine Formpressöffnung (d.h. eine Extrusionsdüse) am Auslass des Raums. Eine Leitung führt von einer Bodenöffnung des Raums zur Extrusionsdüse. In der Leitung, die von der Bodenöffnung des Raums zur Extrusionsdüse führt, ist eine Heizkammer angeordnet, die verwendet wird, um das geschmolzene Metall, das zur Extrusionsdüse geführt wird, zu erhitzen. Die Extrusionsdüse ist von einer Kühlkammer zum Kühlen und Verfestigen des geschmolzenen Metalls, während es durch sie hindurch geführt wird, umgeben. Der Raum steht unter Druck, um das in dem Raum enthaltene geschmolzene Metall durch die Auslassleitung, die Heizkammer und schliesslich die Extrusionsdüse zu pressen.
In dem US-Patent Nr. 4,075,881 für Kreidler ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Stangen, Rohren und profilierten Artikeln unmittelbar aus geschmolzenem Metall durch Extrudieren unter Verwendung eines Formwerkzeugs und einer Pressformöffnung offenbart. Das geschmolzene Metall wird einer Aufnahmekammer in aufeinander folgenden Ladungen zugeführt, die so gekühlt werden, dass sie in einem thermoplastischen Zustand sind. Die aufeinander folgenden Ladungen bauen Schicht für Schicht aufeinander auf, um einen Holm oder einen ähnlichen Artikel zu erzeugen.
Aus den US-Patenten No. 4,774,997 und 4,718,476, beide für Eibe, sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Stranggießen von geschmolzenem Metall bekannt. In der durch die Eibe-Patente bekannten Vorrichtung ist geschmolzenes Metall in einem Druckbehälter enthalten, der mit Luft oder einem inerten Gas, wie beispielsweise Argon, unter Druck gesetzt werden kann. Wenn der Druckbehälter unter Druck gesetzt wird, wird das darin enthaltene geschmolzene Metall durch eine Pressformöffnungsanordnung gepresst. Die Pressformöffnungsanordnung umfasst eine Form, die in Flüssigkeitsverbindung mit einer nachgeordneten, formgebenden Pressform steht. Sprühdüsen sind so angeordnet, dass sie Wasser auf die Außenseite der Gussform sprühen, um das dadurch hindurch geführte geschmolzene Metall zu kühlen und zu verfestigen. Das gekühlte und verfestigte Metall wird dann durch die formgebende Pressform gepresst. Während des Austretens aus der formgebenden Pressform wird das extrudierte Metall in der Form eines Metallstreifens durch ein Paar von Abziehrollen geführt und weiter gekühlt, bevor es auf eine Haspel aufgewickelt wird.
Die JP 63 199 016 A für Ishi Kawajima Harima Heavy Industries Co. Ltd. betrifft eine kontinuierliche Extrusionsvorrichtung zum Herstellen eines kontinuierlichen Formproduktes. Sie offenbart einen Injektor mit einem Gehäuse und einem hin- und herbewegbaren Kolben, wobei der Injektor geschmolzenes Metall von einer Metallquelle erhält und es einem nachfolgenden Verfahren zur Verfügung stellt. Sie offenbart außerdem ein Auslassmundstück, in dem das geschmolzene Metall verfestigt wird, um einen kontinuierlichen Metallartikel unbestimmter Länge zu erzeugen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zur Zufuhr von geschmolzenem Metall zur Verfügung zu stellen, das verwendet werden kann, um geschmolzenes Metall nachfolgenden Metallverarbeitungs- oder Formverfahren mit im Wesentlichen konstanten Arbeitsdrücken und Flussraten zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System und ein Verfahren zur Zufuhr von geschmolzenem Metall zur Verfügung zu stellen, das geeignet ist, einen kontinuierlichen Metallartikel unbestimmter Länge herzustellen.
Diese oben genannten Aufgaben werden grundsätzlich durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 19 [sic] gelöst.
Das Verfahren kann den Schritt des Umformens des verfestigten Metalls in den Auslassmundstücken zum Erzeugen einer Knetstruktur im verfestigten Metall vor dem Schritt des Abführens des verfestigten Metalls aus der Mundstücköffnung aufweisen. Der Schritt des Umformens des verfestigten Metalls im Auslassmundstück kann in einer Divergent-Konvergent-Kammer erfolgen, die der Mundstücköffnung vorgeordnet ist.
Die Auslassmundstücke können jeweils eine Auslassmundstückpassage aufweisen, die mit der Mundstücköffnung in Verbindung steht, um das Metall zur Mundstücköffnung zu transportieren. Die Mundstücköffnung kann einen kleineren Querschnittsbereich als die Mundstückpassage haben. Der Schritt des Umformens des verfestigten Metalls kann durch das Abführen des verfestigten Metalls durch den kleineren Querschnitt der Mundstücköffnung erfolgen. Wenigstens eines der Auslassmundstücke kann eine Mundstückpassage haben, die einen kleineren Querschnittsbereich als die korrespondierende Mundstücköffnung hat. Der Schritt des Umformens des verfestigten Metalls in diesem min destens einen Auslassmundstück kann durch das Abführen des verfestigten Metalls aus dem Bereich mit schmalerem Querschnitt der Mundstückpassage in den korrespondierenden Abschnitt der Mundstücköffnung mit grösserem Querschnitt erfolgen.
Das Verfahren kann den Schritt des Abführens des verfestigten Metalls wenigstens einer der Metallartikel durch ein zweites Auslassmundstück, das eine Mundstücköffnung aufweist, umfassen. Das zweite Auslassmundstück kann dem ersten Auslassmundstück nachgeordnet sein. Die zweite Mundstücköffnung kann einen kleineren Querschnittsbereich als die erste Mundstücköffnung aufweisen. Das Verfahren kann dann den Schritt des weiteren Umformens des verfestigten Metalls des mindestens einen Metallartikels zum Bilden einer Knetstruktur durch Abführen des verfestigten Metalls durch die zweite Mundstücköffnung umfassen.
Das Verfahren kann den Schritt des Umformens des verfestigten Metalls, das mindestens einen der Metallartikel bildet, aufweisen, um eine Knetstruktur in dem mindestens einen Metallartikel zu erzeugen, wobei der Umformschritt hinter den Auslassmundstücken erfolgt. Der Umformschritt kann durch eine Vielzahl von Rollen erfolgen, die in Kontakt mit dem mindestens einen Metallartikel stehen. Der mindestens eine Metallartikel kann eine kontinuierliche Platte oder ein kontinuierlicher Barren sein.
Die Mundstücköffnung mindestens eines der Auslassmundstücke kann in Bezug zu mindestens einer der durch sie hindurchgehenden Achsen symmetrisch sein, um einen Metallartikel mit einem symmetrischen Querschnitt zu erzeugen. Zusätzlich kann die Mundstücköffnung minde stens eines der Auslassmundstücke so ausgestaltet sein, dass ein Metallartikel mit kreisförmigem Querschnitt erzeugt wird. Des weiteren kann die Mundstücköffnung mindestens eines der Auslassmundstücke so ausgebildet sein, dass ein Metallartikel mit einem mehreckigen Querschnitt erzeugt wird. Die Mundstücköffnung mindestens eines der Auslassmundstücke kann auch so ausgebildet sein, dass ein Metallartikel mit einem ringförmigen Querschnitt erzeugt wird. Darüber hinaus kann die Mundstücköffnung mindestens eines der Auslassmundstücke einen asymmetrischen Querschnitt zum Erzeugen eines Metallartikels mit einem asymmetrischen Querschnitt aufweisen.
Die Mundstücköffnung mindestens eines der Auslassmundstücke kann in Bezug zu mindestens einer der durch sie hindurchgehenden Achsen symmetrisch ausgebildet sein, um einen Metallartikel mit einem symmetrischen Querschnitt zu erzeugen, und die Mundstücköffnung mindestens eines der Auslassmundstücke kann einen asymmetrischen Querschnitt zum Erzeugen eines Metallartikels mit einem asymmetrischen Querschnitt aufweisen.
Eine Vielzahl von Rollen können jedem der Auslassmundstücke zugeordnet sein und mit dem erzeugten Metallartikel hinter der jeweiligen Mundstücköffnung in Kontakt stehen. Das Verfahren kann darüber hinaus den Schritt des Erzeugens eines Gegendrucks für die Vielzahl der Injektoren durch einen reibenden Kontakt zwischen den Rollen und den Metallartikeln umfassen. Mindestens eine der Mundstücköffnungen ist vorzugsweise so ausgebildet, dass eine kontinuierliche Platte erzeugt wird. Das Verfahren kann dann außerdem den Schritt des weiteren Umformens des verfestigten, eine kontinuierliche Platte bildenden Metalls mit den Rollen zum Erzeugen einer Knetstruktur umfassen.
Sämtliche Auslassmundstücke können eine Auslassmundstückpassage aufweisen, die mit den Mundstücköffnungen in Verbindung steht, um das Metall zu den Mundstücköffnungen zu fördern. Mindestens eine der Auslassmundstücke kann eine Mundstückpassage mit einem kleineren Querschnittsbereich als die korrespondierende Mundstücköffnung aufweisen, so dass das Verfahren den Schritt des Umformens des verfestigten Metalls zum Erzeugen einer Knetstruktur durch Abführen des verfestigten Metalls aus der Mundstückpassage mit schmalerem Querschnitt in die korrespondierende Mundstücköffnung mit grösserem Querschnitt des mindestens einen Auslassmundstücks umfasst. Der grössere Querschnittsabschnitt der Mundstücköffnung kann so ausgebildet sein, dass ein kontinuierlicher Barren geformt wird. Eine Vielzahl von Rollen können hinter dem mindestens einen Auslassmundstück mit dem Barren in Kontakt stehen, so dass das Verfahren darüber hinaus den Schritt des Erzeugens eines Gegendrucks für die Vielzahl der Injektoren durch den Reibungskontakt zwischen den Rollen und dem Barren umfasst. Das Verfahren kann darüber hinaus den Schritt des weiteren Umformens des verfestigten Metalls, das den Barren bildet, mit den Rollen umfassen, so dass eine Knetstruktur erzeugt wird.
Die gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzeugten Metallartikel können jede der folgenden Formen haben, wobei das vorliegende Verfahren nicht durch die im Folgenden aufgelisteten Formen beschränkt ist: eine massive Stange mit einem mehreckigen oder kreisförmigen Querschnitt; ein Rohr mit einem mehreckigen oder kreisförmigen Querschnitt; eine Platte mit einem mehreckigen Querschnitt und ein Barren mit einem mehreckigen oder kreisförmigen Querschnitt.
In der Vorrichtung kann die Mundstückpassage mindestens eines der Auslassmundstücke eine Divergent-Konvergent-Kammer [sic] aufweisen, die der korrespondierenden Mundstücköffnung vorgeordnet angeordnet ist. Die Mundstückpassage des mindestens einen der Auslassmundstücke kann einen darin angeordneten Dorn aufweisen, um einen Metallartikel mit einem ringförmigen Querschnitt zu erzeugen. Eine Vielzahl von Rollen kann jedem der Auslassmundstücke zugeordnet und so angeordnet sein, dass sie hinter der jeweiligen Mundstücköffnung mit dem erzeugten Metallartikel in Kontakt stehen, um mit den Metallartikeln in reibender Wirkverbindung zu stehen und einen Gegendruck zu dem geschmolzenen Metall im Verteiler zu erzeugen.
Mindestens eine der Mundstückpassagen der Auslassmundstücke kann einen grösseren Querschnittsbereich als der Querschnittsbereich der korrespondierenden Mundstücköffnung aufweisen. Mindestens eine der Mundstückpassagen kann einen kleineren Querschnittsbereich als der Querschnittsbereich der korrespondierenden Mundstücköffnungen aufweisen.
Die Mundstückpassage mindestens eines der Auslassmundstücke kann einen grösseren Querschnittsbereich als der Querschnittsbereich der mindestens einen korrespondierenden Mundstücköffnung haben. Ein zweites Auslassmundstück kann hinter dem ersten Auslassmundstück angeordnet sein. Das zweite Auslassmundstück kann eine Mundstücköffnung mit einem Querschnittsbereich aufweisen, der kleiner ist als der der korrespondierenden, vorgeordneten Mundstücköffnung. Das zweite Auslassmundstück kann fest am vorgeordneten Auslassmundstück befestigt sein.
Das Mundstückgehäuse jedes der Auslassmundstücke kann fest am Auslassverteiler befestigt sein. Außerdem kann das Mundstückgehäuse jedes der Auslassmundstücke mit dem Auslassverteiler einstückig ausgebildet sein.
Die Mundstücköffnung mindestens eines der Auslassmundstücke kann so ausgebildet sein, dass ein Metallartikel mit einem kreisförmigen Querschnitt gebildet wird. Außerdem kann die Mundstücköffnung mindestens eines der Auslassmundstücke so ausgebildet sein, dass ein Metallartikel mit einem mehreckigen Querschnitt geformt wird. Auch kann die Mundstücköffnung mindestens eines der Auslassmundstücke so ausgebildet sein, dass ein Metallartikel mit einem ringförmigen Querschnitt geformt wird. Die Mundstücköffnung mindestens eines der Auslassmundstücke kann einen asymmetrischen Querschnitt zum Formen eines Metallartikels mit asymmetrischem Querschnitt haben. Des weiteren kann die Mundstücköffnung mindestens eines der Auslassmundstücke einen symmetrischen Querschnitt in Bezug zu mindestens einer der dadurch hindurch laufenden Achsen zum Formen eines Metallartikels mit einem symmetrischen Querschnitt haben.
Die Mundstücköffnung mindestens eines der Auslassmundstücke kann so ausgebildet sein, dass eine kontinuierliche Platte oder ein kontinuierlicher Barren erzeugt wird. Der kontinuierliche Barren kann einen mehreckigen oder einen kreisförmigen Querschnitt haben. Die kontinuierliche Platte kann ebenso einen mehreckigen Querschnitt aufweisen.
Die Vorrichtung kann des weiteren ein einziges Auslassmundstück mit einem Mundstückgehäuse haben, das eine Mundstücköffnung und eine Mundstückpassage aufweist, die in Fluidverbindung mit dem Auslassverteiler steht. Das Mundstückgehäuse kann darüber hinaus eine Kühlkammer aufweisen, die mindestens teilweise die Mundstückpassage umgibt. Die Mundstücköffnung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie die Querschnittsform des kontinuierlichen Metallartikels formt.
Weitere Details und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, die in Verbindung mit den Zeichnungen zu lesen ist, verdeutlicht, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Extrusionsverfahrens;
2 eine Querschnittsansicht eines Systems zur Zufuhr von geschmolzenem Metall mit einer Quelle zur Zufuhr von geschmolzenem Metall, einer Vielzahl von Injektoren für geschmolzenes Metall und einem Auslassverteiler gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 einen Querschnitt eines der Injektoren des Systems zur Zufuhr von geschmolzenem Metall gemäß 2, in dem der Injektor zu Beginn eines Verdrängungshubs dargestellt ist;
4 einen Querschnitt des in 3 dargestellten Injektors, in dem der Injektor zu Beginn eines Rückholhubs dargestellt ist;
5 ein Diagramm der Kolbenposition über der Zeit für einen Injektionszyklus des Injektors der 3 und 4;
6 eine Anordnung für eine alternative Gaszufuhr und Entlüftung für die Injektoren der 3 und 4;
7 ein Diagramm der Kolbenposition über der Zeit für die Vielzahl der Injektoren des Systems zur Zufuhr von geschmolzenem Metall der 2;
8 einen Querschnitt des Systems zur Zufuhr von geschmolzenem Metall, das außerdem eine Quelle zur Zufuhr des geschmolzenem Metalls, eine Vielzahl von Injektoren für das geschmolzene Metall, und einen Aulassverteiler gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
9 einen Querschnitt des in dem System zur Zufuhr von geschmolzenem Metall der 2 und 8 verwendeten Auslassverteilers, in dem der Auslassverteiler beim Zuführen von geschmolzenem Metall einem beispielhaften nachgeordneten Verfahren zugeführt wird;
10 einen ebenen Querschnitt einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Vielzahl von kontinuierlichen Metallartikeln unbestimmter Länge gemäß der vorliegenden Erfindung, die den Verteiler der 8 und 9 beinhaltet;
11a einen Querschnitt eines Auslassmundstücks, das zum Formen eines Metallartikels mit einem massiven Querschnitt ausgebildet ist;
11b einen Querschnitt des Metallartikels mit massivem Querschnitt, das durch das Auslassmundstück der 11a geformt wurde;
12a einen Querschnitt eines Auslassmundstücks zum Formen eines Metallartikels mit ringförmigem Querschnitt;
12b einen Querschnitt eines durch das Auslassmundstück der 12a geformten Metallartikels mit ringförmigem Querschnitt;
13 einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform der in 10 dargestellten Auslassmundstücke;
14 einen Querschnitt entlang der Linien 14-14 in 13;
15 einen Querschnitt entlang der Linien 15-15 in 13;
16 eine Frontansicht des Auslassmundstücks der 13;
17 einen Querschnitt eines Auslassmundstücks zur Verwendung mit der Vorrichtung der 10 mit einem daran befestigten zweiten Auslassmundstück zur weiteren Reduzierung des Querschnittsbereichs des Metallartikels;
18 einen Querschnitt eines Auslassmundstücks, das zum Formen einer kontinuierlichen Metallplatte gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
19 einen Querschnitt eines Auslassmundstücks, das zum Formen eines kontinuierlichen Metallbarrens gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
20 eine perspektivische Ansicht der durch das Auslassmundstück der 18 geformten Metallplatte;
21a eine perspektivische Ansicht des durch das Auslassmundstück der 19 geformten Metallbarrens mit einem mehreckigen Querschnitt;
21b eine perspektivische Ansicht des durch das Auslassmundstück der 19 geformten Metallbarrens mit einem kreisförmigen Querschnitt;
22 einen schematischen Querschnitt einer Auslassmundstücköffnung, die zum Formen eines kontinuierlichen I-Metallprofils unbestimmter Länge ausgebildet ist;
23 einen schematischen Querschnitt einer Auslassmundstücköffnung, die zum Formen einer kontinuierlichen, profilierten Stange unbestimmter Länge ausgebildet ist;
24 einen schematischen Querschnitt einer Auslassmundstücköffnung, die zum Formen eines kontinuierlichen, kreisförmigen Metallartikels mit einer zentralen quadratischen Öffnung ausgebildet ist; und
25 einen schematischen Querschnitt einer Auslassmundstücköffnung, die zum Formen eines quadratischen Metallartikels mit einer quadratischen zentralen Öffnung ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein System zur Zufuhr von geschmolzenem Metall gerichtet, das mindestens zwei (also eine Vielzahl von) Injektoren für geschmolzenes Metall aufweist. Das System zur Zufuhr von geschmolzenem Metall kann zum Zuführen von geschmolzenem Metall zu einer nachgeordneten Vorrichtung oder einem Verfahren zum Umformen oder Formen von Metall verwendet werden. Insbesondere wird das System zur Zufuhr von geschmolzenem Metall verwendet, um nachfolgenden Verfahren zur Metallumformung oder -formung wie dem Extrudieren, dem Schmieden oder dem Walzen geschmolzenes Metall mit im Wesentlichen konstanten Flussraten und Drücken zur Verfügung zu stellen.
Das in den 2 bis 4 dargestellte erfindungsgemässe System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall weist eine Vielzahl von Injektoren 100 für geschmolzenes Metall auf, die zur Klarheit getrennt mit "a", "b" und "c" gekennzeichnet sind. Die drei in 2 dargestellten Injektoren 100a, 100b, 100c für geschmolzenes Metall sind eine beispielhafte Darstellung der vorliegenden Erfindung, wobei die für das System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall mindestens benötigte Anzahl von Injektoren 100, wie bereits oben beschrieben, zwei ist. Die Injektoren 100a, 100b, 100c sind identisch, und ihre Komponenten sind im Folgenden zum besseren Verständnis für einen Injektor "100" beschrieben.
Der Injektor 100 umfasst ein Gehäuse 102 zum Aufnehmen von geschmolzenem Metall, bevor es in eine nachfolgende Vorrichtung oder ein nachfolgendes Verfahren injiziert wird. Ein Kolben 104 erstreckt sich abwärts in das Gehäuse 102 und ist innerhalb des Gehäuses 102 auf und ab bewegbar. Das Gehäuse 102 und der Kolben 104 sind vorzugsweise zylinderförmig. Der Kolben 104 weist eine Kolbenstange 106 und einen Kolbenkopf 108, der mit der Kolbenstange 106 verbunden ist, auf. Die Kolbenstange 106 hat ein erstes Ende 110 sowie ein zweites Ende 112. Der Kolbenkopf 108 ist mit dem ersten Ende 110 der Kolbenstange 106 verbunden. Das zweite Ende 112 der Kolbenstange 106 ist mit einem Mitnehmer oder einem Stößel 114 zum Treiben des Kolbens 104 in seiner Auf- und Abbewegung verbunden. Das zweite Ende 112 der Kolbenstange 106 ist mit dem hydraulischen Mitnehmer 114 über eine Pendelkupplung 116 verbunden. Der Kolbenkopf 108 verbleibt, während der Auf- und Abbewegung des Kolbens 104 vorzugsweise vollständig innerhalb des Gehäuses 102. Der Kolbenkopf 108 kann einstückig mit der Kolbenstange 106 oder getrennt hiervon ausgebildet sein.
Das erste Ende 110 der Kolbenstange 106 ist mit dem Kolbenkopf 108 durch eine thermische Isolationsbarriere 118 verbunden, die aus Zirkoniumoxid [sic] oder einem ähnlichen Material hergestellt sein kann. Eine ringförmige Pressdichtung 120 ist auf der Kolbenstange 106 angeordnet und weist einen Teil 121 auf, der sich innerhalb des Gehäu ses 102 erstreckt. Die ringförmige Pressdichtung 120 dient als im Wesentlichen gasdichte Dichtung zwischen der Kolbenstange 106 und dem Gehäuse 102.
Aufgrund der hohen Temperaturen des geschmolzenen Metalls, bei denen der Injektor 100 verwendet wird, wird der Injektor 100 vorzugsweise mit einem Kühlmittel wie beispielsweise Wasser gekühlt. Beispielsweise kann die Kolbenstange 106 eine zentrale Bohrung 122 aufweisen. Die zentrale Bohrung 122 steht mit einer (nicht dargestellten) Kühlwasserquelle über eine Einlassleitung 124 und eine Auslassleitung 126, die Kühlwasser durch das innere der Kolbenstange 106 führen, in Fluidverbindung. Auf ähnliche Weise kann die ringförmige Pressdichtung 120 durch eine kühlende Wasserummantelung 128 gekühlt werden, die sich um das Gehäuse 102 erstreckt und im Wesentlichen im Bereich der Pressdichtung 120 angeordnet ist. Die Injektoren 100a, 100b, 100c können gemeinsam mit einer einzigen Kühlwasserquelle verbunden sein.
Die erfindungsgemäßen Injektoren 100a, 100b, 100c sind vorzugsweise zur Verwendung mit geschmolzenem Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt wie Aluminium, Magnesium, Kupfer, Bronze, Legierungen, die die vorgenannten Metalle enthalten, und andere ähnliche Metalle geeignet. Die vorliegende Erfindung sieht darüber hinaus vor, dass die Injektoren 100a, 100b, 100c mit eisenhaltigen Metallen, alleine oder in Verbindung mit den zuvor gelisteten Metallen verwendet werden können. Dementsprechend sind das Gehäuse, die Kolbenstange 106 und der Kolbenkopf 108 für jeden der Injektoren 100a, 100b, 100c aus hochtemperaturbeständigen Metalllegierungen hergestellt, die zur Verwendung mit geschmolzenem Aluminium und geschmolzenen Aluminiumlegierungen und den anderen zuvor genannten Metallen und Metallle gierungen geeignet sind. Der Kolbenkopf 108 kann auch aus einem hitzebeständigen Material oder Graphit hergestellt sein. Das Gehäuse 102 hat eine Auskleidung 130 an seiner inneren Oberfläche. Die Auskleidung 130 kann aus einem hitzebeständigen Material, Graphit oder anderen Materialien bestehen, die zur Verwendung mit geschmolzenem Aluminium, geschmolzenen Aluminiumlegierungen oder einem der zuvor genannten anderen Metallen oder Metalllegierungen geeignet sind.
Der Kolben 104 kann grundsätzlich einen Rückholhub, bei dem geschmolzenes Metall im Gehäuse 102 aufgenommen wird, sowie einen Verdrängungshub zum Verdrängen des geschmolzenen Metalls aus dem Gehäuse 102 durchlaufen. 3 zeigt den Kolben 104 an einem Punkt unmittelbar vor Beginn eines Verdrängungshubs (oder am Ende eines Rückholhubs) zum Verdrängen des geschmolzenen Metalls aus dem Gehäuse 102. 4 zeigt dem entgegengesetzt den Kolben 104 am Ende eines Verdrängungshubs (oder zu Beginn eines Rückholhubs).
Das System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall weist des weiteren eine Quelle 132 für die Zufuhr von geschmolzenem Metall auf, um eine stetige Zufuhr von geschmolzenem Metall 134 zum Gehäuse 102 jedes der Injektoren 100a, 100b, 100c aufrechtzuerhalten. Die Quelle 132 für die Zufuhr von geschmolzenem Metall kann eine oder mehrere der zuvor genannte Metalle oder Metalllegierungen enthalten.
Der Injektor 100 weist darüber hinaus ein erstes Ventil 136 auf. Der Injektor 100 steht über das erste Ventil 136 in Flüssigkeitsverbindung mit der Quelle 132 für geschmolzenes Metall. Insbesondere steht das Gehäuse 102 mit der Quelle 132 für geschmolzenes Metall über das erste Ventil 136, das vorzugsweise ein Rückschlagventil zum Vermeiden eines Rückflusses von geschmolzenem Metall 134 in die Quelle 132 für geschmolzenes Metalls während des Verdrängungshubs des Kolbens 104 ist, in Flüssigkeitsverbindung. Somit ermöglicht das erste Rückschlagventil 136 das Einfließen von geschmolzenem Metall 134 in das Gehäuse 102 während des Rückholhubs des Kolbens 104.
Der Injektor 100 weist darüber hinaus einen Aufnahme-/Injektionsanschluss 138 (im Folgenden "Anschluss 138") auf, der mit dem unteren Ende des Gehäuses 102 verbunden ist. Der Anschluss 138 kann fest mit dem unteren Ende des Gehäuses 102 durch jegliche bekannten üblichen Mittel verbunden oder einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet sein.
Das System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall weist des weiteren einen Auslassverteiler 140 zum Zuführen von geschmolzenen Metall 134 zu einer nachfolgenden Vorrichtung oder einem nachfolgenden Verfahren auf. Die Injektoren 100a, 100b, 100c sind alle in Flüssigkeitsverbindung mit dem Auslassverteiler 140. Insbesondere wird jeder der Anschlüsse 138 der Injektoren 100a, 100b, 100c als Einlass oder Aufnahme in jeden der Injektoren 100a, 100b, 100c und darüber hinaus zum Verteilen (d.h. Injizieren) des aus dem Gehäuse 102 jedes der Injektoren 100a, 100b, 100c verdrängten geschmolzenen Metalls 134 in den Auslassverteiler 140 verwendet.
Der Injektor 100 umfasst des weiteren ein zweites Rückschlagventil 142, dass sich vorzugsweise im Anschluss 138 befindet. Das zweite Rückschlagventil 142 ist ähnlich dem ersten Rückschlagventil 136, aber diesmal so ausgebildet, dass es eine Auslassleitung für das geschmolzene Metall 134 zur Verfügung stellt, das im Gehäuse 102 des Injektors 100 aufgenommen wurde, um aus dem Gehäuse 102 heraus in den Auslassverteiler 140 hinein verdrängt und dem letzten, nachfolgenden Verfahren zugeführt zu werden.
Das System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall umfasst des weiteren eine Quelle 144 für unter Druck stehendes Gas, die mit jedem der Injektoren 100a, 100b, 100c in Fluidverbindung steht. Die Gasquelle 144 kann eine Quelle für inertes Gas wie Helium, Stickstoff, Argon, Druckluft oder Kohlendioxid sein. Insbesondere steht das Gehäuse 102 jedes der Injektoren 100a, 100b, 100c über jeweilige Gassteuerungsventile 146a, 146b, 146c mit der Gasquelle 144 in Fluidverbindung.
Die Gasquelle 144 ist vorzugsweise eine gewöhnliche Quelle, die mit dem Gehäuse 102 jedes der Injektoren 100a, 100b, 100c verbunden ist. Die Gasquelle 144 ist vorgesehen, um einen Raum unter Druck zu setzen, der zwischen dem Kolbenkopf 108 und dem geschmolzenen Metall 134, das während des Rückholhubs des Kolbens 104 in jeden der Injektoren 100a, 100b, 100c einfließt, ausgebildet ist, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Der Bereich zwischen dem Kolbenkopf 108 und dem geschmolzenem Metall 134 bildet sich während des Rückholhubs des Kolbens 104 innerhalb des Gehäuses 102 aus und ist in 3 mit der Bezugsziffer 148 für den in 3 dargestellten beispielhaften Injektor 100 gekennzeichnet.
Damit das Gas aus der Gasquelle 144 in den Raum 148 einfließt, der zwischen dem Kolbenkopf 108 und dem geschmolzenen Metall 134 ausgebildet ist, hat der Kolbenkopf 108 einen ein wenig kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Gehäuses 102. Dementsprechend besteht nur ein sehr geringer oder überhaupt kein Ver schleiss zwischen dem Kolbenkopf 108 und dem Gehäuse 102 während des Betriebs der Injektoren 100a, 100b, 100c. Die Gassteuerungsventile 146a, 146b, 146c sind so ausgebildet, dass sie den Raum 148 unter Druck setzen, der zwischen dem Kolbenkopf 108 und dem geschmolzenen Metall 134 ausgebildet ist, aber diesen Raum 148 auch am Ende jedes Verdrängungshubs auf Umgebungsdruck entlüften. Zum Beispiel hat jedes der Gassteuerungsventile 146a, 146b, 146c einen einzelnen Ventilkörper mit zwei getrennt voneinander gesteuerten Anschlüssen, einem zum "Entlüften" des Raums 148 und den zweiten zum "Unter-Druck- setzen" des Raums 148, wie hierin beschrieben. Die voneinander getrennten Entlüftungs- und Druckanschlüsse können durch ein einziges Mehrfachpositionselement, das fernbedienbar ist, betätigt werden. Alternativ können die Gassteuerungsventile 146a, 146b, 146c in jedem Fall durch zwei voneinander getrennte Steuerventile wie ein Entlüftungsventil und ein Gasversorgungsventil ausgetauscht werden, wie es hierin mit Bezug auf 6 beschrieben ist. Beide Ausführungsformen sind bevorzugt.
Das System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall weist darüber hinaus entsprechende Drucksensoren 149a, 149b, 149c auf, die mit dem Gehäuse 102 jedes der Injektoren 100a, 100b, 100c verbunden sind und verwendet werden, um den Druck in dem Raum 148 während des Betriebs der Injektoren 100a, 100b, 100c zu überwachen.
Der Injektor 100 umfasst wahlweise eine schwimmende thermische Isolationsbarriere 150, die sich im Raum 148 befindet, um den Kolbenkopf 108 von einem direkten Kontakt mit dem geschmolzenen Metall 134, das in dem Gehäuse 102 während des Rückholhubs des Kolbens 104 aufgenommen wurde, zu trennen. Die Isolierungsbarriere 150 schwimmt innerhalb des Gehäuses 102 während der Betätigung des In jektors 100, bleibt aber grundsätzlich in Kontakt mit dem geschmolzenem Metall 134, das in dem Gehäuse 102 aufgenommen wird. Die Isolierungsbarriere 150 kann beispielsweise aus Graphit oder einem äquivalenten Material, das zur Verwendung mit geschmolzenem Aluminium oder Aluminiumlegierungen geeignet ist, hergestellt sein.
Das System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall weist darüber hinaus eine Steuerungseinheit 160 wie beispielsweise einen programmierbaren Computer (PC) oder eine programmierbare logische Steuerung (PLC) zur individuellen Steuerung der Injektoren 100a, 100b, 100c auf. Die Steuerungseinheit 160 ist vorgesehen, um den Betrieb der Injektoren 100a, 100b, 100c und insbesondere die Bewegung der Kolben 104 jedes der Injektoren 100a, 100b, 100c sowie die Betätigung der Gassteuerungsventile 146a, 146b, 146c, ob in Ausführung als einfaches Ventil oder Mehrfachventil, zu steuern. Dementsprechend können die individuellen Injektionszyklen der Injektoren 100a, 100b, 100c im System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall 90 gesteuert werden, wie im weiteren beschrieben wird.
Die "zentrale" Steuerungseinheit 160 ist mit dem hydraulischen Mitnehmer 114 jedes der Injektoren 100a, 100b, 100c und mit den Gassteuerungsventilen 146a, 146b, 146c verbunden, um die Abfolge und die Betätigung der hydraulischen Mitnehmer 114 jedes der Injektoren 100a, 100b, 100c und die Betätigung der Gassteuerungsventile 146a, 146b, 146c zu steuern. Die Drucksensoren 149a, 149b, 149c, die mit dem Gehäuse 102 jedes der Injektoren 100a, 100b, 100c verbunden sind, werden verwendet, um jeweils Eingangssignale für die Steuerungseinheit 160 zu liefern. Generell wird die Steuerungseinheit 160 verwendet, um den hydraulischen Mitnehmer 114, der die Bewegung des Kol bens 104 jedes der Injektoren 100a, 100b, 100c steuert, und den Betrieb der jeweiligen Gassteuerungsventile 146a, 146b, 146c für die Injektoren 100a, 100b, 100c zu aktivieren, so dass immer der Kolben 104 mindestens eines der Injektoren 100a, 100b, 100c seinen Verdrängungshub durchläuft, um kontinuierlich geschmolzenes Metall 134 zum Auslassverteiler 140 bei einer im Wesentlichen konstanten Flussrate und Druck zuzuführen. Die Kolben 104 der verbleibenden Injektoren 100a, 100b, 100c können in einem Rückstellmodus sein, bei dem die Kolben 104 ihren Rückholhub durchlaufen oder ihren Verdrängungshub beenden. Somit ergibt sich aus dem Vorstehenden, dass immer mindestens einer der Injektoren 100a, 100b, 100c "in Betrieb" ist und dem Auslassverteiler 140 geschmolzenes Metall 134 zuführt, während die Kolben 104 der verbleibenden Injektoren 100a, 100b, 100c zurückgestellt werden und ihren Rückholhub durchlaufen (oder ihren Verdrängungshub beenden).
Bezug nehmend auf die 3 bis 5 wird der Betrieb einer der im System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall der 2 eingesetzten Injektoren 100a, 100b, 100c beschrieben. Insbesondere wird der Betrieb eines der Injektoren 100 über einen gesamten Injektionszyklus (d.h. Rückholhub und Verdrängungshub) beschrieben. 3 zeigt den Injektor 100 an einem Punkt unmittelbar vor dem Beginn eines Verdrängungshubs (d.h. abwärts) im Gehäuse 102, wenn er seinen Rückholhub gerade beendet hat. Der Raum 148 zwischen dem Kolbenkopf 108 und dem geschmolzenen Metall 134 ist im Wesentlichen mit Gas aus der Gasquelle 144 gefüllt, das über die Gassteuerungsventile 146 zugeführt worden ist. Die Gassteuerungsventile 146 werden betrieben, um Gas aus der Gasquelle 144 in den Raum 148 einzulassen (d.h. ihn unter Druck zu setzen), den Raum 148 auf Umgebungsdruck zu entlüften und den gasge füllten Raum 148, wenn nötig, während der Auf- und Abbewegung des Kolbens 104 im Gehäuse 102 zu verschliessen.
Wie bereits oben ausgeführt wurde, hat der in 3 dargestellte Kolben 104 seinen Rückholhub innerhalb des Gehäuses 102 abgeschlossen und ist bereit, seinen Verdrängungshub zu durchlaufen. Das Gassteuerungsventil 146 ist geschlossen, wodurch verhindert wird, dass Gas in dem gasgefüllten Raum 148 bis auf Umgebungsdruck entweicht. Die Stellung des Kolbens 104 innerhalb des Gehäuses 102 in 3 ist durch den Punkt D in 5 dargestellt. Die Steuerungseinheit 160 sendet ein Signal an den hydraulischen Mitnehmer 114, um die Abwärtsbewegung des Kolbens durch seinen Verdrängungshub zu starten. Während sich der Kolben 104 innerhalb des Gehäuses 102 abwärts bewegt, wird das Gas in dem gasgefüllten Raum 148 in situ zwischen dem Kolbenkopf 108 und dem geschmolzenen Metall 134, das in das Gehäuse 102 aufgenommen wurde, komprimiert, wobei sein Volumen wesentlich verringert und der Druck in dem gasgefüllten Raum 148 erhöht wird. Der Drucksensor 149 überwacht den Druck in dem gasgefüllten Raum 148 und gibt die Information als Verfahrenswerteingang an die Kontrolleinheit 160.
Wenn der Druck im gasgefüllten Raum ein "kritisches" Niveau erreicht, beginnt das geschmolzene Metall 134 im Gehäuse 102, in den Anschluss 138 und aus dem Gehäuse 102 durch das zweite Rückschlagventil 142 hindurch zu fließen. Das kritische Druckniveau ist abhängig vom nachfolgenden Verfahren, dem das geschmolzene Metall 134 über den Auslassverteiler 140 (dargestellt in 2) zugeführt wird. Beispielsweise kann der Auslassverteiler 140 mit einem Metallextrusionsverfahren oder einem Metallwalzverfahren verbunden sein. Diese Verfahren erzeugen einen "Gegendruck" unterschiedlicher Höhe zum Injektor 100. Der Injektor 100 muss diesen Gegendruck überwinden, bevor das geschmolzene Metall 134 beginnen kann, aus dem Gehäuse 102 zu fließen. Die Höhe des Gegendrucks, der am Injektor 100 festzustellen ist, variiert außerdem von einem nachfolgenden Extrusionsverfahren zum anderen. Daher ist der kritische Druck, bei dem das geschmolzene Metall 134 beginnt, aus dem Gehäuse 102 zu fließen, verfahrensabhängig, und seine Bestimmung liegt im Erfahrungsbereich des Fachmanns. Der Druck im gasgefüllten Raum 148 wird kontinuierlich durch den Drucksensor 149 überwacht, der verwendet wird, um den kritischen Druck zu bestimmen, bei dem das geschmolzene Metall beginnt, aus dem Gehäuse 102 heraus zu fließen. Der Drucksensor 149 liefert diese Information als Eingangssignal (d.h. Verfahrenswerteingang) an die Steuerungseinheit 160.
An etwa diesem Punkt der Verdrängungsbewegung des Kolbens 104 (d.h. wenn das geschmolzene Metall 134 beginnt, aus dem Gehäuse 102 heraus zu fließen) regelt die Steuerungseinheit 160 basierend auf dem Eingangssignal, das sie vom Drucksensor 149 erhält, die Abwärtsbewegung des hydraulischen Mitnehmers 114, der die Abwärtsbewegung (d.h. die Geschwindigkeit) des Kolbens 104 und schließlich die Flussrate steuert, mit der das geschmolzene Metall 134 aus dem Gehäuse 102 verdrängt und durch den Anschluss 138 und zum Auslassverteiler 140 geführt wird. Zum Beispiel kann die Steuerungseinheit 160 die Abwärtsbewegung des hydraulischen Mitnehmers 114 in Abhängigkeit von der Flussrate des geschmolzenen Metalls, die am Auslassverteiler 140 und dem letzten nachfolgenden Verfahren benötigt wird, beschleunigen oder abbremsen. Somit ermöglicht die Steuerung des hydraulischen Mitnehmers 114 die Steuerung der Flussrate des geschmolzenen Metalls zum Auslassverteiler 140. Die Isolierungsbarriere 150 und der mit komprimiertem Gas gefüllte Raum 148 trennen das Ende des Kolbenkopfes 108 während des Verdrängungshubs des Kolbens 104 von einem direkten Kontakt mit dem geschmolzenen Metall 134. Insbesondere wird das geschmolzene Metall 134 vor der schwimmenden Isolierungsbarriere 150, dem mit komprimiertem Gas gefüllten Raum 148 und dem Kolbenkopf 108 aus dem Gehäuse 102 verdrängt. Dann erreicht der Kolben 104 das Ende seiner Abwärtsbewegung oder seines Verdrängungshubs, welches durch den Punkt E in 5 dargestellt ist. Am Ende des Verdrängungshubs des Kolbens 104 ist der gasgefüllte Raum 148 stark komprimiert und kann extrem hohe Drücke in der Größenordnung von mehr als 20.000 psi erzeugen.
Nachdem der Kolben 104 das Ende des Verdrängungshubs (Punkt E in 5) erreicht hat, kann der Kolben 104 wahlweise im Gehäuse 102 aufwärts durch einen kurzen "reset"-Hub oder Rückholhub bewegt werden. Um den Kolben 104 durch den "reset"-Hub zu bewegen, betätigt die Steuerungseinheit 160 den hydraulischen Mitnehmer 114, um den Kolben 104 im Gehäuse 102 aufwärts zu bewegen. Der Kolben 104 wird eine kurze "reset"-Strecke im Gehäuse 102 bis zu einer Position, die mit dem Punkt A in 5 gekennzeichnet ist, aufwärts bewegt. Der optionale kurze "reset"- oder Rückholhub des Kolbens 104 ist als gestrichelte Linie in 5 dargestellt. Durch die kurze Aufwärtsbewegung innerhalb des Gehäuses 102 vergrößert sich das Volumen des mit komprimiertem Gas gefüllten Raums 148, wodurch sich der Gasdruck im gasgefüllten Raum 148 verringert. Wie bereits zuvor erwähnt, kann der Injektor 100 hohe Drücke im gasgefüllten Raum 148 in der Größenordnung von mehr als 20.000 psi erzeugen. Dementsprechend kann der kurze "reset"-Hub des Kolbens 104 im Gehäuse 102 als Sicherheitsmerkmal verwendet werden, um den Druck im gasgefüllten Raum 148 teilweise abzubauen, bevor der gasgefüllte Raum 148 bis auf Umge bungsdruck über das Gassteuerungsventil 146 entlüftet wird. Dieses Merkmal schützt das Gehäuse 102, die ringförmige Druckdichtung 120 und das Gassteuerungsventil 146 vor Schäden, wenn der gasgefüllte Raum 148 entlüftet wird. Außerdem, wie der Fachmann erkennen wird, ist das Volumen des im gasgefüllten Raum 148 komprimierten Gases vergleichsweise klein, so dass, obwohl im gasgefüllten Raum 148 vergleichsweise hohe Drücke erzeugt werden, die Menge gespeicherter Energie im mit komprimiertem Gas gefüllten Raum 148 gering ist.
Am Punkt A wird das Gassteuerungsventil 146 durch die Steuerungseinheit 160 in eine offene oder Belüftungsposition gebracht, um das Gas im gasgefüllten Raum 148 bis auf Umgebungsdruck oder in ein (nicht dargestelltes) Gasrecyclingsystem entlüftet. Wie in 5 dargestellt zieht sich der Kolben 104 nur um einen kurzen "reset"-Hub im Gehäuse 102 zurück, bevor das Gassteuerungsventil 146 in die Belüftungsposition gebracht wird. Danach wird der Kolben 104 (durch die Steuerungseinheit 160 über den hydraulischen Mitnehmer 114) betätigt, um sich abwärts zu bewegen und erneut die vorherige Verdrängungshubposition innerhalb des Gehäuses 102, die durch Punkt B in 5 gekennzeichnet ist, zu erreichen. Wenn der "reset"-Hub nicht nachfolgt, wird der gasgefüllte Raum 148 zum Umgebungsdruck (oder in das Gasrecyclingsystem) am Punkt E entlüftet, und der Kolben 104 kann mit seinem Rückholhub innerhalb des Gehäuses beginnen, welche auch am Punkt B in 5 beginnen kann.
Am Punkt B wird das Gassteuerungsventil 146 von der Steuerungseinheit 160 von der Belüftungsposition in eine geschlossene Position gebracht, und der Kolben 104 beginnt den Rückholhub oder Aufhub im Gehäuse 102. Der Kolben 104 wird vom hydraulischen Mitnehmer 114 durch den Rückholhub bewegt, was von der Steuerungseinheit 160 signalisiert wird, damit die Aufwärtsbewegung des Kolbens 104 im Gehäuse 102 beginnt. Während des Rückholhubs des Kolbens 104 fließt geschmolzenes Metall 134 aus der Quelle 132 für geschmolzenes Metall in das Gehäuse 102 ein. Insbesondere, wenn der Kolben 104 beginnt, sich durch seinen Rückholhub zu bewegen, beginnt der Kolbenkopf 108, den Raum 148 zu bilden, in dem nun im Wesentlichen ein geringerer als der Umgebungsdruck (d.h. Vakuum) herrscht. Hierdurch wird das geschmolzene Metall 134 aus der Quelle 132 für geschmolzenes Metall durch das erste Rückschlagventil 136 in das Gehäuse 102 gefördert. Während der Kolben 104 seine Aufwärtsbewegung im Gehäuse 102 fortsetzt, fließt das geschmolzene Metall 134 weiter in das Gehäuse 102. An einem bestimmten Punkt während des Rückholhubs des Kolbens 104, der durch Punkt C in 5 gekennzeichnet ist, ist das Gehäuse 102 vorzugsweise vollständig mit geschmolzenem Metall 134 gefüllt. Punkt C kann auch ein vorbestimmter Punkt sein, an dem eine vorbestimmte Menge des geschmolzenen Metalls 134 im Gehäuse aufgenommen wurde. Dennoch korrespondiert Punkt C vorzugsweise mit dem Punkt während des Rückholhubs des Kolbens 104, bei dem das Gehäuse 102 mit geschmolzenem Metall 134 im Wesentlichen gefüllt ist. Am Punkt C wird das Gassteuerungsventil 146 durch die Steuerungseinheit 160 in eine Position gebracht, in der das Gehäuse 102 in Fluidverbindung mit der Gasquelle 144 steht, die den "Vakuum"-Raum 148 mit Gas wie beispielsweise Argon oder Stickstoff unter Druck setzt und einen neuen gasgefüllten Raum (d.h. eine "Gasladung") 148 schafft. Der Kolben 104 setzt seine Aufwärtsbewegung im Gehäuse 102 fort, während der gasgefüllte Raum 148 unter Druck gesetzt wird.
Am Punkt D (d.h. das Ende des Rückholhubs des Kolbens 104) wird das Gassteuerungsventil 146 durch die Steuerungseinheit 160 in eine Schließposition gebracht, wodurch eine weitere Gasbeladung des gasgefüllten Raums 148, der zwischen dem Kolbenkopf 108 und dem geschmolzenen Metall 134 ausgebildet ist, ebenso wie die Entladung von Gas bis auf Umgebungsdruck verhindert wird. Die Steuerungseinheit 160 signalisiert darüber hinaus dem hydraulischen Mitnehmer 114, die Aufwärtsbewegung des Kolbens 104 im Gehäuse 102 zu beenden. Wie bereits festgestellt wurde, ist das Ende des Rückholhubs des Kolbens 104 durch Punkt D in 5 gekennzeichnet und kann mit der Position des Kolbens 104 nach vollständigem Rückholhub (d.h. die größtmögliche Aufwärtsbewegung des Kolbens 104) innerhalb des Gehäuses 102 übereinstimmen, muss es aber nicht notwendigerweise. Wenn der Kolben 104 das Ende des Rückholhubs (d.h. die in 3 dargestellte Position des Kolbens 104) erreicht hat, kann der Kolben 104 durch einen Verdrängungshub abwärts bewegt werden, und der in 5 dargestellte Injektionszyklus beginnt von vorn.
Wie der Fachmann feststellen wird, benötigt das Gassteuerungsventil, das im oben beschriebenen Injektionszyklus verwendet wird, eine auf geeignete Weise aufeinanderfolgende und getrennte Betätigung der Gaszufuhrfunktion (d.h. dem Unter-Druck-setzen) und der Entlüftungsfunktion (d.h. Anschlüsse) des Steuerungsventils 146 des Injektors 100. Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Gaszufuhrfunktion (d.h. das Unter-Druck-setzen) und die Entlüftungsfunktion durch zwei einzelne Ventile ausgeführt werden, wird eine aufeinanderfolgende Betätigung der Ventile benötigt. Die Ausführungsform des Systems 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall, bei der das Gassteuerungsventil 146 durch zwei voneinander getrennte Ventile im Injektor 100 ersetzt ist, ist in 6 dargestellt. In 6 werden die Gaszufuhrfunktion und die Entlüftungsfunktion durch zwei voneinander getrennte Ventile 162, 164 erbracht, die als Gaszufuhr- bzw. als Entlüftungsventil betrieben werden.
Nachdem der Betrieb eines der Injektoren 100a, 100b, 100c über einen vollständigen Injektionszyklus beschrieben worden ist, wird das System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall unter Bezugnahme auf 2 bis 5 und 8 beschrieben. Das System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall ist grundsätzlich ausgebildet, um die Injektoren 100a, 100b, 100c sequentiell oder seriell so zu betätigen, dass mindestens einer der Injektoren 100a, 100b, 100c betätigt wird, um dem Auslassverteiler 140 geschmolzenes Metall 134 zuzuführen. Das System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall ist insbesondere so ausgestaltet, dass die Injektoren 100a, 100b, 100c derart betätigt werden, dass der Kolben 104 mindestens eines der Injektoren 100a, 100b, 100c einen Verdrängungshub durchläuft, während die Kolben 104 der verbleibenden Injektoren 100a, 100b, 100c zurückgesetzt werden und ihre Rückholhübe durchlaufen oder ihre Verdrängungshübe beenden.
Wie in 7 dargestellt ist, folgen die Injektoren 100a, 100b, 100c jeder der gleichen oben in Verbindung mit 5 beschriebenen Bewegung, beginnen aber ihren Injektionszyklus zu unterschiedlichen Zeiten (d.h. gestaffelt), so dass das arithmetische Mittel ihrer Zufuhrhübe eine konstante Flussrate einen konstanten Druck des geschmolzenen Metalls und, die dem Auslassverteiler 140 und dem letzten nachgeordneten Verfahren zur Verfügung gestellt werden, zur Folge hat. Das arithmetische Mittel der Injektionszyklen der Injektoren 100a, 100b, 100c ist als gestrichelte Linie K in 7 dargestellt. Die zuvor beschrie bene Steuerungseinheit 160 wird verwendet, um die Folge der Betätigung der Injektoren 100a, 100b, 100c und der Gassteuerungsventile 146a, 146b, 146c zu bestimmen, um das im Folgenden beschriebene Verfahren zu automatisieren.
In 7 beginnt die Abwärtsbewegung des ersten Injektors 100a am Punkt D_a, der mit dem Zeitpunkt 0 korrespondiert (d.h. t = 0). Der Kolben 104 des ersten Injektors 100a folgt seinem Verdrängungshub in der unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Art und Weise. Während des Verdrängungshubs des Kolbens 104 des ersten Injektors 100a führt der Injektor 100a dem Auslassverteiler 140 über seinen Anschluss 138 geschmolzenes Metall 134 zu. Wenn sich der Kolben 104 des ersten Injektors 100a dem Ende seines Verdrängungshubs am Punkt N_a nähert, beginnt der Kolben 104 des zweiten Injektors 100b seinen Verdrängungshub am Punkt D_b. Der Kolben 104 des zweiten Injektors 100b folgt seinem Verdrängungshub in der unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Art und übernimmt im Wesentlichen die Zufuhr von geschmolzenem Metall 134 zum Auslassverteiler 140. Wie in 7 zu sehen ist, überlappen sich die Verdrängungshübe der Kolben 104 des ersten und des zweiten Injektors 100a, 100b für eine kurze Zeitspanne, bis der Kolben 104 des ersten Injektors 100a das Ende seines Verdrängungshubs erreicht hat, der durch Punkt E_a dargestellt ist.
Nachdem der Kolben 104 des ersten Injektors 100a Punkt E_a erreicht hat (d.h. das Ende des Verdrängungshubs), kann der erste Injektor 100a daraufhin den kurzen "reset"-Hub und das Entlüftungsverfahren, wie zuvor in Verbindung mit 5 erläutert, durchlaufen. Der Kolben 104 kehrt dann zum Ende des Verdrängungshubs am Punkt B_a zurück, bevor er seinen Rückholhub startet. Alternativ kann der erste Injektor 100a nachfolgend betätigt werden, um den gasgefüllten Raum 148 am Punkt E_a zu entlüften, und sein Kolben 104 kann mit einem Rückholhub am Punkt B_a in der zuvor in Verbindung mit 5 beschriebenen Weise beginnen.
Wenn der Kolben 104 des ersten Injektors 100a seinen Rückholhub durchläuft, wird der Kolben 104 des zweiten Injektors 100b in die Nähe des Endes seines Verdrängungshubs am Punkt N_b bewegt. Im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt, zu dem der zweite Injektor 100b Punkt N_b erreicht, beginnt der Kolben 104 des dritten Injektors 100c mit seiner Bewegung durch seinen Verdrängungshub am Punkt D_c. Der erste Injektor 100a setzt gleichzeitig seine Aufwärtsbewegung fort und ist vorzugsweise vollständig mit geschmolzenem Metall 134 am Punkt C_a gefüllt. Der Kolben 104 des dritten Injektors 100c folgt seinem Verdrängungshub in der zuvor in Verbindung mit 5 beschriebenen Weise, und der dritte Injektor 100c übernimmt nun im Wesentlichen die Zufuhr des geschmolzenen Metalls 134 zum Auslassverteiler 140 von dem ersten und dem zweiten Injektor 100a, 100b. Dennoch überlappen sich, wie in 7 zu sehen ist, die Verdrängungshübe der Kolben 104 des zweiten und dritten Injektors 100b, 100c teilweise für eine kurze Zeitspanne, bis der Kolben 104 des zweiten Injektors 100b das Ende seines Verdrängungshubs am Punkt E_b erreicht hat.
Nachdem der Kolben 104 des zweiten Injektors 100b den Punkt E_b (d.h. das Ende des Verdrängungshubs) erreicht hat, durchläuft der zweite Injektor 100b einen kurzen "reset"-Hub und das Entlüftungsverfahren, das zuvor unter Bezugnahme auf 5 erläutert wurde. Der Kolben 104 kehrt dann zum Ende des Verdrängungshubs am Punkt E_b zurück, bevor er mit seinem Rückholhub beginnt. Alternativ kann der zweite Injektor 100b nachfolgend den gasgefüllten Raum 148 am Punkt E_b entlüften, und sein Kolben 104 kann einen Rückholhub am Punkt B_b in der zuvor unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Weise beginnen. In etwa an Punkt A_b des Kolbens 104 des zweiten Injektors 100b ist der erste Injektor 100a im Wesentlichen vollständig wiederhergestellt und für einen weiteren Verdrängungshub vorbereitet. Somit ist der erste Injektor 100a vorbereitet, um die Zufuhr von geschmolzenem Metall 134 zum Auslassverteiler 140 zu übernehmen, wenn der dritte Injektor 100c das Ende des Verdrängungshubs erreicht hat.
Der erste Injektor 100a wird am Punkt D_a für eine Flautenperiode S_a gehalten, bis der Kolben 104 des dritten Injektors 100c sich dem Ende seines Verdrängungshubs am Punkt N_c nähert. Der Kolben 104 des zweiten Injektors 100b durchläuft gleichzeitig seinen Rückholhub, und der zweite Injektor 100b wird wiederhergestellt. Nach der Flautenperiode S_a beginnt der Kolben 104 des ersten Injektors 100a einen neuen Verdrängungshub und versorgt den Auslassverteiler 140 mit einem kontinuierlichen Strom geschmolzenen Metalls. Der Kolben 104 des dritten Injektors 100c erreicht dann das Ende des Verdrängungshubs am Punkt E_c.
Nachdem der Kolben 104 des dritten Injektors 100c Punkt E_c (d.h. das Ende des Verdrängungshubs) erreicht hat, kann der dritte Injektor 100c den kurzen "reset"-Hub und das Entlüftungsverfahren, die zuvor unter Bezugnahme auf 5 erläutert worden sind, durchlaufen. Der Kolben 104 kehrt dann zum Ende des Verdrängungshubs am Punkt B_c zurück, bevor er mit seinem Rückholhub beginnt. Alternativ kann der gasgefüllte Raum 148 des dritten Injektors 100c am Punkt E_c entlüftet werden, und der Kolben 104 des dritten Injektors 100c kann seinen Rückholhub am Punkt B_c in der in Verbindung mit 5 beschriebenen Weise beginnen. Am Punkt A_c ist der zweite Injektor 100b im Wesentlichen vollständig wiederhergestellt und vorbereitet, um die Zufuhr von geschmolzenem Metall 134 zum Auslassverteiler 140 zu übernehmen. Allerdings wird der zweite Injektor 100b für eine Flautenperiode S_b gehalten, bis der Kolben 104 des dritten Injektors 100c seinen Rückholhub beginnt. Während der Flautenperiode S_b führt der erste Injektor 100a das geschmolzene Metall 134 dem Auslassverteiler 140 zu. Der dritte Injektor 100c wird für eine ähnliche Flautenperiode S_c gehalten, wenn der Kolben 104 des ersten Injektors 100a sich erneut dem Ende seines Verdrängungshubs (Punkt N_a) nähert.
Zusammenfassend ist das zuvor beschriebene Verfahren kontinuierlich und durch die Steuerungseinheit 160, wie zuvor erläutert, gesteuert. Die Injektoren 100a, 100b, 100c werden jeweils durch die Steuerungseinheit 160 betätigt, um sequentiell oder seriell ihre Injektionszyklen zu durchlaufen, so dass mindestens einer der Injektoren 100a, 100b, 100c dem Auslassverteiler 140 geschmolzenes Metall 134 zuführt. So durchläuft mindestens einer der Kolben 104 der Injektoren 100a, 100b, 100c seinen Verdrängungshub, während die verbleibenden Kolben 104 der Injektoren 100a, 100b, 100c ihren Rückholhub durchlaufen oder ihren Verdrängungshub beenden.
8 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform des Systems zur Zufuhr von geschmolzenem Metall, die mit der Bezugsziffer 190 gekennzeichnet ist. Das in 8 dargestellte System 190 zur Zufuhr geschmolzenen Metalls ist dem zuvor erläuterten System 90 zur Zufuhr geschmolzenen Metalls ähnlich, wobei das System 190 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall nun so ausgestaltet ist, dass es mit einem flüssigen Medium anstatt einem Gasmedium betrieben werden kann. Das Sy stem 190 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall umfasst eine Vielzahl von Injektoren 200 für geschmolzenes Metall, die zur Klarheit separat mit den Ziffern "a", "b" und "c" gekennzeichnet sind. Die Injektoren 200a, 200b, 200c sind den zuvor beschriebenen Injektoren 100a, 100b, 100c ähnlich, aber nun besonders zum Betrieb mit einer Quelle für eine viskose Flüssigkeit und einem viskosen Druckmittel angepasst. Die Injektoren 200a, 200b, 200c und deren Bauteile sind im Folgenden für einen einzigen Injektor "200" beschrieben.
Der Injektor 200 umfasst ein Injektorgehäuse 202 und einen Kolben 204, der so angeordnet ist, dass er sich nach unten in das Gehäuse 202 erstreckt und innerhalb des Gehäuses 202 auf und ab bewegt werden kann. Der Kolben 204 weist eine Kolbenstange 206 und einen Kolbenkopf 208 auf. Der Kolbenkopf 208 kann von der Kolbenstange 206 getrennt und an dieser durch gewöhnliche bekannte Mittel befestigt oder einstückig mit der Kolbenstange 206 ausgebildet sein. Die Kolbenstange 206 weist ein erstes Ende 210 und ein zweites Ende 212 auf. Der Kolbenkopf 208 ist mit dem ersten Ende 210 der Kolbenstange 206 verbunden. Das zweite Ende 212 der Kolbenstange 206 ist mit einem hydraulischen Mitnehmer oder Stößel 214 zum Antreiben des Kolbens 204 durch seine Auf- und Abbewegung innerhalb des Gehäuses 202 verbunden. Die Kolbenstange 206 ist mit dem hydraulischen Mitnehmer 214 durch eine Pendelkupplung 216 verbunden. Der Injektor 200 ist darüber hinaus vorzugsweise geeignet zur Verwendung mit geschmolzenem Aluminium oder Aluminiumlegierungen und den anderen zuvor in Verbindung mit dem Injektor 100 genannten Metallen. Dementsprechend sind das Gehäuse 202, die Kolbenstange 206 und der Kolbenkopf 208 aus einem der zuvor in Verbindung mit dem Gehäuse 102, der Kolbenstange 106 und dem Kolbenkopf 108 des Injektors 100 genannten Materialien hergestellt. Der Kolbenkopf 208 kann außerdem aus einem hitzebeständigen Material oder Graphit hergestellt sein.
Wie oben bereits festgestellt wurde, unterscheidet sich der Injektor 200 von dem zuvor unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 beschriebenen Injektor 100 darin, dass der Injektor 200 besonders zur Verwendung mit einem flüssigen Medium als Quelle für eine viskose Flüssigkeit und als Druckmittel ausgebildet ist. Zu diesem Zweck weist das System 190 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall des weiteren eine Flüssigkeitskammer 224 auf, die oberhalb des und in Flüssigkeitsverbindung mit dem Gehäuse 202 jedes der Injektoren 200a, 200b, 200c angeordnet ist. Die Flüssigkeitskammer 224 ist mit einem flüssigen Medium 226 gefüllt. Das flüssige Medium 226 ist vorzugsweise eine hochviskose Flüssigkeit wie beispielsweise ein geschmolzenes Salz. Eine als flüssiges Medium geeignete viskose Flüssigkeit ist Boroxid.
Wie bei den zuvor beschriebenen Injektoren 100 ist der Kolben 204 des Injektors 200 so angeordnet, dass er innerhalb des Gehäuses 202 auf und ab bewegt werden und einen Rückholhub, bei dem geschmolzenes Metall in das Gehäuse 202 aufgenommen wird, sowie einen Verdrängungshub zum Verdrängen des in das Gehäuse 202 aufgenommenen geschmolzenen Metalls aus dem Gehäuse 202 in ein nachfolgendes Verfahren durchlaufen kann. Allerdings ist der Kolben 204 darüber hinaus so ausgebildet, dass er in die Flüssigkeitskammer 224 zurückgezogen werden kann. Eine Auskleidung 230 ist an der inneren Oberfläche des Gehäuses 202 des Injektors 200 vorgesehen und kann aus einem der zuvor im Zusammenhang mit der Auskleidung 130 beschriebenen Materialien hergestellt sein.
Das System 190 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall weist darüber hinaus eine Quelle 232 für geschmolzenes Metall auf. Die Quelle 232 für geschmolzenes Metall ist vorgesehen, um eine gleichmässige Zufuhr von geschmolzenem Metall 234 zum Gehäuse 202 jedes der Injektoren 200a, 200b, 200c aufrechtzuerhalten. Die Quelle 232 für geschmolzenes Metall kann eine der Metalle oder Metalllegierungen, die zuvor im Zusammenhang mit dem System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall beschrieben worden sind, enthalten.
Der Injektor 200 weist des weiteren ein erstes Ventil 236 auf. Der Injektor 200 steht über das erste Ventil 236 in Flüssigkeitsverbindung mit der Quelle 232 für geschmolzenes Metall. Insbesondere steht das Gehäuse 202 des Injektors 200 mit der Quelle 232 für geschmolzenes Metall über das erste Ventil 236 in Flüssigkeitsverbindung, das vorzugsweise ein Rückschlagventil ist, um einen Rückfluss von geschmolzenem Metall 234 in die Quelle 232 für geschmolzenes Metall während des Verdrängungshubs des Kolbens 204 zu verhindern. Somit ermöglicht das erste Rückschlagventil 236 das Einfließen von geschmolzenem Metall 234 in das Gehäuse 202 während des Rückholhubs des Kolbens 204.
Der Injektor 200 weist des weiteren einen Aufnahme-/Injektionsanschluss 238 auf. Das erste Rückschlagventil 236 ist vorzugsweise in dem Aufnahme-/Injektionsanschluss 238 (im Folgenden "Anschluss 238" genannt) angeordnet, der mit dem unteren Ende des Gehäuses 232 verbunden ist. Der Anschluss 238 kann fest mit dem unteren Ende des Gehäuses 202 durch übliche bekannte Mittel verbunden oder mit dem Gehäuse 202 einstückig ausgebildet sein.
Das System 190 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall weist des weiteren einen Auslassverteiler 240 zum Zuführen von geschmolzenem Metall 234 zu einem nachfolgenden Verfahren auf. Sämtliche der Injektoren 200a, 200b, 200c stehen in Flüssigkeitsverbindung mit dem Auslassverteiler 240. Insbesondere wird der Anschluss 238 jedes der Injektoren 200a, 200b, 200c als Einlass oder Aufnahme in jeden der Injektoren 200a, 200b, 200c verwendet und des weiteren benutzt, um das geschmolzene Metall 234, das aus dem Gehäuse 202 der jeweiligen Injektoren 200a, 200b, 200c verdrängt wird, dem Auslassverteiler 240 zuzuführen (d.h. zu injizieren).
Der Injektor 200 weist des weiteren ein zweites Rückschlagventil 242 auf, dass vorzugsweise im Anschluss 238 vorgesehen ist. Das zweite Rückschlagventil 242 ist dem ersten Rückschlagventil 236 ähnlich, aber diesmal so ausgestaltet, dass es eine Ausgangsleitung für das geschmolzene Metall 234 zur Verfügung stellt, das in das Gehäuse 202 des Injektors 200 aufgenommen und aus dem Gehäuse 202 in den Auslassverteiler 240 gefördert werden soll.
Der Kolbenkopf 208 des Injektors 200 kann zylindrisch ausgeformt und in einem zylindrisch geformten Gehäuse 202 aufgenommen sein. Der Kolbenkopf 208 weist des weiteren eine umlaufende Ausnehmung 248 auf. Die Ausnehmung 248 ist so angeordnet, dass sie, wenn der Kolben 204 während seines Rückholhubs aufwärts in die Flüssigkeitskammer 224 zurückgezogen wird, von dem flüssigen Medium 226 aus der Flüssigkeitskammer 224 gefüllt wird. Die Ausnehmung 248 bleibt mit dem flüssigen Medium 226 während des Rückholhubs und des Verdrängungshubs des Kolbens 204 gefüllt. Allerdings wird die Ausnehmung 248 bei jedem Rückholhub des Kolbens 204 aufwärts in die Flüssigkeitskam mer 224 mit einer "frischen" Ladung von flüssigem Medium 226 gefüllt. Damit das flüssige Medium 226 aus der Flüssigkeitskammer 224 in der Ausnehmung 248 verbleibt, hat der Kolbenkopf 208 einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Gehäuses 202. Dementsprechend besteht nur ein sehr geringer oder überhaupt kein Verschleiss zwischen dem Kolbenkopf 208 und dem Gehäuse 202 während der Betätigung des Injektors 200, und das hochviskose flüssige Medium 226 verhindert, dass das in dem Gehäuse 202 aufgenommene geschmolzene Metall 234 aufwärts in die Flüssigkeitskammer 224 fließt.
Auf das Endstück des Kolbenkopfs 208, in dem die Ausnehmung 248 ausgebildet ist, kann vollständig verzichtet werden, so dass während des Rückholhubs und des Verdrängungshubs des Kolbens 204 eine Schicht oder eine Säule des flüssigen Mediums 226 zwischen dem Kolbenkopf 208 und dem geschmolzenem Metall 234, das in das Gehäuse 202 aufgenommen worden ist, vorhanden, und wird verwendet, um das geschmolzene Metall 234 aus dem Gehäuse 202 vor dem Kolben 204 des Injektors 200 her zu treiben. Dies ist analog zum "gasgefüllten Raum" des Injektors 100, der zuvor beschrieben worden ist.
Aufgrund des grossen Volumens des in der Flüssigkeitskammer 224 enthaltenen flüssigen Mediums 226 benötigt der Injektor 200 grundsätzlich keine interne Kühlung wie im Fall des zuvor beschriebenen Injektors 100. Außerdem wird die Gasdichtungsanordnung (d.h. die ringförmige Druckdichtung 120), die im Injektor 100 zu finden ist, nicht benötigt, da der Injektor 200 mit einem flüssigen Medium betrieben wird. Somit ist der Kühlwassermantel 128, der zuvor im Zusammenhang mit dem Injektor 100 beschrieben worden ist, ebenso nicht notwendig. Wie zuvor erwähnt worden ist, ist ein geschmolzenes Salz eine geeignete Flüssigkeit für die Flüssigkeitskammer 224, wie beispielsweise Boroxid, insbesondere wenn das in der Quelle 232 für geschmolzenes Metall enthaltene geschmolzene Metall 234 eine Aluminium-basierte Legierung ist. Das in der Flüssigkeitskammer 224 enthaltene flüssige Medium 226 kann eine Flüssigkeit sein, die chemisch inert oder widerstandsfähig (d.h. im Wesentlichen nicht reagierend) gegenüber dem in der Quelle 232 für geschmolzenes Metall enthaltenem geschmolzenen Metall 234 ist.
Das in 8 dargestellte System 190 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall wird in einer zum zuvor beschriebenen System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall analogen Weise mit geringen Änderungen betrieben. Beispielsweise werden die Gassteuerungsventile 146a, 146b, 146c nicht benötigt und die Injektoren 200a, 200b, 200c müssen nicht den "reset"-Hub und das Entlüftungsverfahren, die im Zusammenhang mit 5 diskutiert worden sind, durchlaufen, weil die Injektoren 200a, 200b, 200c mit einem flüssigen Medium anstelle eines Gasmediums betrieben werden. Statt dessen stellt die Flüssigkeitskammer 224 eine ständige Versorgung der Injektoren 200a, 200b, 200c mit flüssigem Medium 226 [sic] zum Unter-Druck-setzen der Injektoren 200a, 200b, 200c zur Verfügung. Das flüssige Medium 224 kann den Injektoren 200a, 200b, 200c auch einen gewissen Kühlungsnutzen bringen.
Der Betrieb des Systems 190 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall wird nun weiterhin unter Bezugnahme auf 8 erläutert. Das gesamte im Folgenden beschriebene Verfahren wird durch eine Steuerungseinheit 260 (PC/PLC) gesteuert, die den Betrieb und die Bewegung des hydraulischen Mitnehmers 214, der mit dem Kolben 204 jedes der Injektoren 200a, 200b, 200c verbunden ist, und damit die Bewegung der jeweiligen Kolben 204 steuert. Wie es bereits bei dem zuvor beschriebe nen System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall der Fall war, aktiviert die Steuerungseinheit 160 die Injektoren 200a, 200b, 200c sequentiell bzw. seriell, um dem Auslassverteiler 240 einen Strom flüssigen Metalls bei im Wesentlichen konstanten Betriebsdrücken kontinuierlich zur Verfügung zu stellen. Die sequentielle oder serielle Aktivierung wird durch eine geeignete Steuerung des hydraulischen Mitnehmers 214, der mit dem Kolben 204 jedes der Injektoren 200a, 200b, 200c verbunden ist, erreicht, wie der Fachmann erkennen wird.
In 8 befindet sich der Kolben 204 des ersten Injektors 200a am Ende seines Verdrängungshubs, wobei er soeben das Injizieren von geschmolzenem Metall 234 in den Auslassverteiler 240 beendet hat. Der Kolben 204 des zweiten Injektors 200b durchläuft seinen Verdrängungshub und hat die Zufuhr von geschmolzenem Metall 234 zum Auslassverteiler 240 übernommen. Der dritte Injektor 200c hat seinen Rückholhub beendet und ist vollständig mit einer neuen Ladung geschmolzenen Metalls 234 "beladen". Der Kolben 204 des dritten Injektors 200c wird während seines Rückholhubs (wie in 8 gezeigt) vorzugsweise teilweise aufwärts in die Flüssigkeitskammer 224 zurückgezogen, so dass die am Kolbenkopf 208 ausgebildete Ausnehmung 248 substantiell mit dem flüssigen Medium 226 in der Flüssigkeitskammer 224 in Flüssigkeitsverbindung steht. Das flüssige Medium 226 füllt die Ausnehmung 248 mit einer "frischen" Ladung des flüssigen Mediums 226. Alternativ kann der Kolben 204 vollständig in die Flüssigkeitskammer 224 zurückgezogen werden, so dass eine Schicht oder eine Säule des flüssigen Mediums 226 das Ende des Kolbens 204 von einem Kontakt mit dem geschmolzenen Metall 234, dass in dem Gehäuse 202 aufgenommen ist, trennt. Diese Situation ist analog zu der des "gasgefüllten Raums" der Injektoren 100a, 100b, 100c, wie zuvor beschrieben wurde. Die Kolben 204 der verbleibenden Injektoren 200a, 200b werden ähnliche Bewegungen während ihres Rückholhubs durchlaufen.
Hat der zweite Injektor 200b seinen Verdrängungshub beendet, betätigt die Steuerungseinheit 260 den hydraulischen Mitnehmer 214, der mit dem Kolben 204 des dritten Injektors 200c verbunden ist, um den Kolben 204 durch seinen Verdrängungshub zu bewegen, so dass der dritte Injektor 200c die Zufuhr des geschmolzenen Metalls 234 zum Auslassverteiler 240 übernimmt. Danach, wenn der Kolben des dritten Injektors 200c seinen Verdrängungshub beendet hat, betätigt die Steuerungseinheit 260 wieder den hydraulischen Mitnehmer 214, der mit dem Kolben 204 des ersten Injektors 200a verbunden ist, um den Kolben 204 durch seinen Verdrängungshub zu bewegen, so dass der erste Injektor 200a die Zufuhr von geschmolzenem Metall 234 zum Auslassverteiler 240 übernimmt. So betätigt die Steuerungseinheit 260 sequentiell oder seriell die Injektoren 200a, 200b, 200c, um das oben beschriebene Verfahren zu automatisieren (d.h. gestaffelte Injektionszyklen der Injektoren 200a, 200b, 200c), wodurch ein kontinuierlicher Fluss von geschmolzenem Metall 234 zum Auslassverteiler 240 bei im Wesentlichen konstantem Druck zur Verfügung gestellt wird.
Die Injektoren 200a, 200b, 200c arbeiten während ihrer Injektionszyklen (d.h. Rückhol- und Verdrängungshübe) auf die gleiche Weise. Während des Rückholhubs des Kolbens 204 jedes der Injektoren 200a, 200b, 200c wird ein Unterdruck (d.h. Vakuum) innerhalb des Gehäuses 202 erzeugt, wodurch das geschmolzene Metall 234 aus der Quelle 232 für geschmolzenes Metall in das Gehäuse 202 über das erste Rückschlagventil 236 eingebracht wird. Wenn der Kolben 204 seine Aufwärtsbewegung fortsetzt, fließt das geschmolzene Metall 234 aus der Quelle 232 für geschmolzenes Metall hinter dem Kolbenkopf 208 ein und füllt das Gehäuse 202. Dennoch wird aufgrund der hohen Viskosität des flüssigen Mediums 226, das in der Ausnehmung 248 und darüber im Gehäuse 202 enthalten ist, verhindert, das geschmolzenes Metall 234 aufwärts in die Flüssigkeitskammer 224 fließt. Das flüssige Medium 226, das in der Ausnehmung 248 und darüber im Gehäuse 202 vorhanden ist, erzeugt einen "viskos-dichtenden" Effekt, der das Aufwärtsfließen des geschmolzenen Metalls 234 verhindert und darüber hinaus dem Kolben 204 ermöglicht, hohe Drücke im Gehäuse 202 während des Verdrängungshubs des Kolbens 204 jedes der Injektoren 200a, 200b, 200c aufzubauen. Das viskose flüssige Medium 226 ist, wie der Fachmann feststellen wird, oberhalb des Kolbenkopfs 208 und der Kolbenstange 206 vorhanden und füllt auch die Ausnehmung 248. Somit trennt das flüssige Medium 226, das im Gehäuse 202 enthalten ist (d.h. über dem Kolbenkopf 208 und der Kolbenstange 206), das geschmolzene Metall 234, das in das Gehäuse 202 fließt, von der Flüssigkeitskammer 224, indem es einen "viskos-dichtenden" Effekt innerhalb des Gehäuses 202 bietet.
Während des Verdrängungshubs des Kolbens 204 jedes der Injektoren 200a, 200b, 200c verhindert das erste Rückschlagventil 236 einen Rückfluss von geschmolzenem Metall 234 in die Quelle 232 für geschmolzenes Metall auf eine ähnliche Weise wie das erste Rückschlagventil 136 der Injektoren 100a, 100b, 100c. Das flüssige Medium, das sich in der Ausnehmung 248, oberhalb des Kolbenkopfs 208 und der Kolbenstange 206 und darüber im Gehäuse 202 befindet, erzeugt einen viskos-dichtenden Effekt zwischen dem geschmolzenen Metall 234, das aus dem Gehäuse 202 verdrängt wird, und dem flüssigen Medium in der Flüssigkeitskammer 224. Darüber hinaus wird das flüssige Medium 226, das in der Ausnehmung 248, oberhalb des Kolbenkopfes 208 und der Kolbenstange 206 und darüber in dem Gehäuse 202 vorhanden ist, während des Abwärtshubs des Kolbens 204 komprimiert, wobei innerhalb des Gehäuses 202 hohe Drücke erzeugt werden, so dass das im Gehäuse 202 aufgenommene geschmolzene Metall 234 aus dem Gehäuse 202 gepresst wird. Da das flüssige Medium 226 im Wesentlichen inkompressibel ist, erreicht der Injektor 200 den zuvor in Verbindung mit dem Injektor 100 diskutierten "kritischen" Druck sehr schnell. Wenn das geschmolzene Metall 234 anfängt, aus dem Gehäuse 202 heraus zu fließen, kann der hydraulische Mitnehmer 214 verwendet werden, die Flussrate des geschmolzenen Metalls, mit der das geschmolzene Metall 234 dem nachfolgenden Verfahren zugeführt wird, für jeden Injektor 200a, 200b, 200c zu kontrollieren.
Zusammenfassend betätigt die Steuerungseinheit 260 die Injektoren 200a, 200b, 200c sequentiell, um dem Auslassverteiler 240 kontinuierlich geschmolzenes Metall 234 zuzuführen. Dies wird durch die gestaffelten Bewegungen der Kolben 204 der Injektoren 200a, 200b, 200c erreicht, so dass mindestens einer der Kolben 204 immer seinen Verdrängungshub durchläuft. Dementsprechend wird dem Auslassverteiler 240 geschmolzenes Metall 234 kontinuierlich und bei im Wesentlichen konstantem Arbeits- oder Betriebsdruck zugeführt.
Schliesslich, Bezug nehmend auf die 8 und 9, ist das mit dem Auslassverteiler 240 verbundene, zuvor bereits beschriebene System 200 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall, dargestellt. Der Auslassverteiler 240 wird dargestellt, wie er geschmolzenes Metall 234 einem nachfolgenden exemplarischen Verfahren zuführt. Das nachfolgende exemplarische Verfahren ist eine kontinuierliche Extrusionsvorrichtung 300. Die Extrusionsvorrichtung 300 ist ausgestaltet, um massive runde Stangen mit einheitlichem Querschnitt zu erzeugen. Die Extrusionsvorrichtung 300 umfasst eine Vielzahl von Extrusionsleitungen 302, von denen jede zum Erzeugen einer einzelnen runden Stange ausgebildet ist. Jede der Extrusionsleitungen 302 weist einen Wärmetauscher 304 und ein Auslassmundstück 306 auf. Jeder der Wärmetauscher 304 steht (getrennt über die jeweiligen Extrusionsleitungen 302) mit dem Auslassverteiler 240 in Flüssigkeitsverbindung, um geschmolzenes Metall 234 vom Auslassverteiler 240 unter dem Einfluss der Injektoren 200a, 200b, 200c für geschmolzenes Metall 234 zu erhalten. Die Injektoren 200a, 200b, 200c für geschmolzenes Metall 234 stellen die Bewegungskräfte zur Verfügung, die notwendig sind, um geschmolzenes Metall 234 in den Auslassverteiler 240 zu injizieren und das geschmolzene Metall 234 den jeweiligen Extrusionsleitungen 302 unter konstantem Druck zuzuführen. Die Wärmetauscher 304 sind zur Kühlung und teilweisen Verfestigung des geschmolzenen Metalls 234 vorgesehen, das durch sie hindurch zum Auslassmundstück 306 während des Betriebs des Systems 190 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall fließt. Das Auslassmundstück 306 hat eine Grösse und Form, um eine massive Stange mit im Wesentlichen einheitlichem Querschnitt zu erzeugen. Eine Vielzahl von Wassersprühdüsen 308 kann hinter dem Auslassmundstück 306 für jede der Extrusionsleitungen 302 vorgesehen sein, um die erzeugten Stangen vollständig zu verfestigen. Die oben allgemein beschriebene Extrusionsvorrichtung 300 ist lediglich ein Beispiel des Typs von nachgeordneten Vorrichtungen oder Verfahren, mit denen die Systeme 90, 190 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Wie angedeutet wurde, kann das gasbetriebene System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall auch in Verbindung mit der Extrusionsvorrichtung 300 verwendet werden.
Jetzt werden Bezug nehmend auf die 10 bis 25 spezifische nachgeordnete Verfahren zum Formen von Metall, die mit den Systemen 90, 190 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall verwendet werden, dargestellt. Die nachgeordneten Verfahren zum Formen von Metall werden nachfolgend unter Bezugnahme auf das System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall gemäß 2 als System, das das Verfahren mit geschmolzenem Metall versorgt, erläutert. Dennoch ist es klar, dass das System 190 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall der 8 ebenso in dieser Funktion verwendet werden kann.
10 zeigt allgemein eine Vorrichtung 400 zum Formen einer Vielzahl von kontinuierlichen Metallartikeln 402 unbestimmter Länge. Die Vorrichtung beinhaltet den zuvor beschriebenen Verteiler 140, der im Folgenden als "Auslassverteiler 140" bezeichnet wird. Der Auslassverteiler 140 erhält von dem System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall in der zuvor beschriebenen Art geschmolzenes Metall 132 mit einer im Wesentlichen konstanten Flussrate und einem im Wesentlichen konstanten Druck. Das geschmolzene Metall 132 wird im Auslassverteiler 140 unter Druck gehalten. Die Vorrichtung 400 beinhaltet des weiteren eine Vielzahl von Auslassmundstücken 404, die am Auslassverteiler 140 befestigt sind. Die Auslassmundstücke 404 können, wie in 10 dargestellt, fest mit dem Auslassverteiler 140 verbunden oder einstückig mit dem Körper des Auslassverteilers 140 ausgebildet sein. In der Darstellung sind die Auslassmundstücke 404 am Auslassverteiler 140 mit konventionellen Befestigungsmitteln 406 (d.h. Bolzen) befestigt. Die Auslassmundstücke 404 haben in der Darstellung in 10 ein anderes Material als der Auslassverteiler 140, können aber aus dem gleichen Material wie der Auslassverteiler 140 bestehen und einstückig damit ausgebildet sein.
Bezug nehmend auf die 10 bis 12 weist jedes der Auslassmundstücke 404 ein Mundstückgehäuse 408 auf, das an dem Auslassverteiler 140 in der zuvor beschriebenen Weise befestigt ist. Das Mundstückgehäuse 408 jedes der Auslassmundstücke 404 hat eine zentrale Mundstückpassage 410, die in Flüssigkeitsverbindung mit dem Auslassverteiler 140 steht. Das Mundstückgehäuse 408 hat eine Mundstücköffnung 412 zum Entladen des jeweiligen Metallartikels 402 aus den Auslassmundstücken 404. Die Mundstückpassage 410 weist eine Leitung zum Transport von geschmolzenem Metall aus dem Auslassverteiler 140 zu den Mundstücköffnungen 412 auf, die verwendet werden, um den Metallartikel 402 in die gewünschte Querschnittsform zu bringen. Die Auslassmundstücke 404 können verwendet werden, um die gleiche Art von kontinuierlichen Metallartikeln 402 oder unterschiedliche Arten von Metallartikeln 402 herzustellen, wie im Folgenden beschrieben wird. In 10 sind zwei der Auslassmundstücke 404 so ausgebildet, dass sie Metallartikel 402 als Rohre mit kreisförmigem Querschnitt formen, die, wie in 12b gezeigt, einen ringförmigen oder hohlen Querschnitt aufweisen, und zwei der Auslassmundstücke 404 sind so ausgebildet, dass sie Metallartikel 402 als massive Stangen oder Holme formen, die ebenso einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wie er in 11 dargestellt ist.
Das Mundstückgehäuse 408 jedes der Auslassmundstücke 404 hat des weiteren eine Kühlkavität oder eine Kühlkammer 414, die die Mundstückpassage 410 zum Kühlen des durch die Mundstückpassage 410 zur Mundstücköffnung 412 fließenden geschmolzenen Metalls 132 zumindest teilweise umgibt. Die Kühlkavität oder -kammer kann auch die Form einer Kühlleitung, wie in den 18 und 19 dargestellt ist, haben, wie nachfolgend erläutert wird. Die Kühlkammer 414 ist vorgesehen, um das geschmolzene Metall 132 in der Mundstückpassage 410 zu kühlen und zu verfestigen, so dass das geschmolzene Metall 132 vollständig verfestigt ist, bevor es die Mundstücköffnung 412 erreicht.
Wahlweise ist eine Vielzahl von Rollen 416 jedem der Auslassmundstücke 404 zugeordnet. Die Rollen 416 sind so angeordnet, dass sie mit den geformten Metallartikeln 402 hinter den jeweiligen Mundstücköffnungen 412 in Kontakt stehen und insbesondere reibend an den Metallartikeln angreifen, um einen Gegendruck für das geschmolzene Metall 132 im Auslassverteiler 140 zu erzeugen. Die Rollen 416 dienen darüber hinaus als Bremsmechanismus, der verwendet wird, um die Entladung des Metallartikels 402 aus der Mundstücköffnung 404 zu verlangsamen. Aufgrund der hohen Drücke, die durch das System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall erzeugt werden und im Auslassverteiler 140 bestehen, ist ein Bremssystem zum Verlangsamen der Entladung der Metallartikel 402 aus den Auslassmundstücken 404 von Vorteil. Damit wird sichergestellt, dass die Metallartikel 402 vollständig verfestigt und gekühlt sind, bevor sie das Auslassmundstück 404 verlassen. Eine Vielzahl von Kühldüsen können dem Auslassmundstück 404 nachgeordnet angeordnet sein, um die Metallartikel 402, die aus den Auslassmundstücken 404 entladen werden, weiter zu kühlen.
Wie bereits zuvor erläutert wurde, zeigt 10 die Vorrichtung 400 mit zwei Auslassmundstücken 404, die so gestaltet sind, dass sie Metallartikel mit einem ringförmigen Querschnitt formen, die kreisförmig sind (d.h. Rohre), und zwei Auslassmundstücke 404 aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie Metallartikel 402 mit massivem Querschnitt formen, die eine Kreisform haben (d.h. Stangen). Somit ist die Vorrichtung 400 in der Lage, gleichzeitig verschiedene Arten von Metallartikeln 402 zu formen. Die besondere Ausführungsform in 10, gemäß der die Vorrichtung 400 vier Auslassmundstücke 404 aufweist, von denen zwei zum Formen von Metallartikeln 402 mit ringförmigem Querschnitt und zwei zum Erzeugen von Metallartikeln mit massivem Querschnitt vorgesehen sind, ist lediglich exemplarisch zur Erläuterung der Vorrichtung 400, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese besondere Ausführungsform beschränkt. Die vier Auslassmundstücke 404 in 10 können verwendet werden, um vier verschiedene Arten von Metallartikeln 402 herzustellen. Auch ist die Verwendung von vier Auslassmundstücken 404 lediglich exemplarisch, und die Vorrichtung 400 kann jegliche Anzahl von Auslassmundstücken 404 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen. Es ist lediglich ein Auslassmundstück 404 für die Vorrichtung 400 notwendig.
Das Auslassmundstück 400, das verwendet wird, um Metallstangen mit massivem Querschnitt zu formen, wird nun unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben. Das Auslassmundstück 404 der 10 und 11 schließt des weiteren eine der Mundstücköffnungen 412 vorgeordnete tropfenförmige Kammer ein. Die Kammer 412 hat eine divergent-konvergente Form und wird im Folgenden als Divergent-Konvergent-Kammer 420 bezeichnet. Die Divergent-Konvergent-Kammer 420 ist unmittelbar hinter der ringförmigen Kühlkammer 414 angeordnet. Die Divergent-Konvergent-Kammer 420 wird verwendet, um das verfestigte Metall, das verfestigt wird, wenn das geschmolzene Metall 132 durch den Bereich der Mundstückpassage 410 fließt, der durch die Kühlkammer 414 begrenzt ist, kalt umzuformen, bevor das verfestigte Metall durch die Mundstücköffnung 412 entladen wird. Das geschmolzene Metall 132 fließt insbesondere aus dem Auslassverteiler 140 und in das Auslassmundstück 404 durch die Mundstückpassage 410. Aufgrund des vom System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall zur Verfügung gestellten Drucks fließt das geschmolzene Metall 132 in das Auslassmundstück 404. Das geschmolzene Metall 132 bleibt im geschmolzenen Zustand, bis das geschmolzene Metall 132 durch den Bereich der Mundstückpassage 410 durchfließt, der generell durch die Kühlkammer 414 begrenzt ist. Das geschmolzene Metall 132 wird in diesem Bereich halb verfestigt und wird vorzugsweise vollständig verfestigt, bevor es die Divergent-Konvergent-Kammer 420 erreicht. Das halbverfestigte Metall und das vollständig verfestigte Metall werden im Folgenden separat mit Bezugsziffern 422 und 424 gekennzeichnet.
Das verfestigte Metall 424 in der Divergent-Konvergent-Kammer 420 hat eine wie gegossene Struktur, was nicht vorteilhaft ist. Die divergent-konvergente Form der Divergent-Konvergent-Kammer 420 verformt das verfestigte Metall 424, wodurch ein geknetetes oder verformtes Mikrogefüge gebildet wird. Das verformte Mikrogefüge verbessert die Festigkeit des geformten Metallartikels 402, der in diesem Fall eine massive Stange mit kreisförmigem Querschnitt ist. Dieses Verfahren ist grundsätzlich der Kaltumformung von Metall ähnlich, um dessen Festigkeit und andere Eigenschaften zu verbessern, was aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das umgeformte, verfestigte Metall 424 wird unter Druck durch die Mundstücköffnung 412 entladen, so dass ein kontinuierlicher Metallartikel 402 geformt wird. In diesem Fall, wie erwähnt, ist der Metallartikel 402 eine Stange 402 mit einem massiven Querschnitt.
Wie der Fachmann erkennen wird, hat das Verfahren zum Formen von Metallartikeln 402 (d.h. massive runde Stangen), das oben beschrieben wurde, viele mechanische Vorteile. Das System 90 zur Zufuhr von geschmolzenem Metall führt der Vorrichtung 400 geschmolzenes Metall 132 mit konstantem Druck und konstanter Flussrate zu und ist demnach ein stabiles System. Dementsprechend gibt es theoretisch keine Grenze für die Länge des gebildeten Metallartikels 402. Die Dimensionssteuerung des Querschnitts des Metallartikels ist verbessert, da es keine Schwankungen im "Mundstückdruck" und in der "Mundstücktemperatur" gibt. Darüber hinaus besteht eine bessere Dimensionskontrolle über die Länge der Metallartikel 402 (d.h. keine Störungen). Außerdem kann das Extrusionsverhältnis auf den Produkteigenschaften und muss nicht auf Verfahrensanforderungen basieren. Das Extrusionsverhältnis kann reduziert werden, wodurch die Mundstücklebensdauer für die Mundstücköffnung 412 verlängert werden kann. Darüber hinaus gibt es weniger Verspannungen wegen des geringeren Mundstückdrucks (d.h. hohe Temperatur, geringe Geschwindigkeit).
Wie der Fachmann des weiteren erkennen wird, hat das oben beschriebene Verfahren zum Formen von Metallartikeln 402 (d.h. massive kreisförmige Stangen) viele metallurgische Vorteile für den resultierenden Metallartikel 402. Diese Vorteile schließen grundsätzlich ein: (a) die Eliminierung von Oberflächenaufschmelzungen und Schrumpfporosität; (b) Verminderung von Makrosegregation; (c) Eliminierung der Notwendigkeit zur Homogenisierung und von Nacherhitzungsbehandlungsschritten, die im Stand der Technik notwendig sind; (d) ein erhöhtes Potential, nicht rekristallisierte Strukturen zu erhalten (d.h. geringe Z-Deformation); (e) bessere Liniennähte in Rohrstrukturen (wie im Folgenden erläutert wird); und (f) die Eliminierung von Strukturveränderungen über die Länge des Metallartikels 402 aufgrund des stabilen Zustands des Formverfahrens.
Aus wirtschaftlicher Sicht vermeidet das vorstehende Verfahren Inventar und vereint das Gießen, Vorerhitzen, Nacherhitzen und die Extrusionsschritte, die aus dem Stand der Technik bekannt sind und zuvor in Verbindung mit 1 beschrieben wurden, in einem Schritt. Außerdem gibt es im beschriebenen Verfahren keinen Metallabfall, wie er beispielsweise im zuvor beschriebenen Verfahren des Stands der Technik erzeugt wird. In Extrusionsverfahren des Stands der Technik muss das extrudierte Produkt regelmässig abgekantet und/oder abgefräst werden, was im vorliegenden Verfahren nicht notwendig ist. Alle der vorgenannten Vorteile gelten für jeden der vorbeschriebenen, unterschiedlichen Metallartikel 402, die mit der Vorrichtung 400 geformt und nachfolgend beschrieben werden.
Bezug nehmend nun auf die 10 und 12 kann die Vorrichtung 400 verwendet werden, um Metallartikel 402 mit einem ringförmigen oder hohlen Querschnitt zu formen, wie das in 12b dargestellte hohle Rohr. Die Vorrichtung 400 weist für diese Anwendung einen Dorn 426 auf, der in der Mundstückpassage 410 angeordnet ist. Der Dorn 426 erstreckt sich vorzugsweise bis in den Auslassverteiler 140, wie in 10 dargestellt. Der Dorn 426 ist vorzugsweise innen gekühlt, indem Kühlmittel durch das innere des Dorns 426 zirkuliert. Das Kühlmittel kann dem Dorn 426 über eine Leitung 428 zugeführt werden, die sich bis in die Mitte des Dorns 426 erstreckt. Die Divergent-Konvergent-Kammer 420 wird wieder verwendet, um das verfestigte Metall 424 umzuformen und eine Knetstruktur im verfestigten Metall 424 zu erzeugen, bevor das verfestigte Metall 424 durch die Mundstücköffnung 412, die den Metallartikel 402 mit ringförmigem Querschnitt (d.h. ein kreisförmiges Rohr) formt, gepresst oder entladen wird. Der resultierende Metallartikel 402 mit ringförmigem Querschnitt ist "nahtlos", was bedeutet, dass ein Schweissen, wie es bei der Herstellung von Röhren und Rohren gängige Praxis ist, nicht notwendig ist. Außerdem kann die Wand des resultierenden hohlen Rohres während des Verfestigungsprozesses dünn ausgeführt werden, ohne dass eine weitere Verarbeitung notwendig wäre, die die Metalleigenschaften schwächen könnte.
In der vorliegenden Beschreibung sind mit dem Begriff "kreisförmig" nicht nur echte Kreise gemeint, sondern um auch "gerundete" Formen wie Ovale (also Formen, die nicht perfekte Kreise sind). Die oben im Zusammenhang mit den 11 und 12 erläuterten Auslassmundstücke 404 sind grundsätzlich so ausgestaltet, dass sie Metallartikel 402 formen, die grundsätzlich einen symmetrischen, kreisförmigen Querschnitt haben. Der Begriff "symmetrischer Querschnitt", wie er in der Beschreibung verwendet wird, ist so gemeint, dass ein vertikaler Querschnitt durch den Metallartikel 402 symmetrisch in Bezug auf mindestens eine durch den Querschnitt hindurchlaufende Achse ist. Beispielsweise ist der kreisförmige Querschnitt in 11b symmetrisch in Bezug zum Durchmesser des Kreises.
In den 13 bis 16 ist eine Ausführungsform des Auslassmundstücks 404 dargestellt, das verwendet wird, um einen mehreckigen Metallartikel 402 zu formen. Wie in den 14 bis 16 dargestellt, wird der geformte Metallartikel 402 einen L-förmigen Querschnitt haben. Insbesondere wird in den 14 bis 16 deutlich, dass der L-förmige (d.h. mehreckige Querschnitt) nicht symmetrisch in Bezug auf jegliche hierdurch hindurch laufende Achse ist. Somit kann die Vorrichtung 400 der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um asymmetrische Metallartikel 402 zu formen, wie beispielsweise der L-förmige Holm, der mit dem Auslassmundstück 404 der 13 bis 16 geformt wurde.
Das Auslassmundstück 404 der 13 bis 16 ist im Wesentlichen zu den zuvor beschriebenen Auslassmundstücken 404 ähnlich, weist aber keine Divergent-Konvergent-Kammer 420 auf. Alternativ kann die Passage 410 einen konstanten Querschnitt in der Form des angestrebten Metallartikels 402 haben, wie die Querschnittsansicht aus 14 zeigt. Das geschmolzene Metall 132 passiert die Passage 410 in der vorbeschriebenen Art und wird in dem Bereich verfestigt, der durch die Kühlkammer 414 begrenzt ist. Die gewünschte Knetstruktur für das verfestigte Metall 424 wird durch das Umformen des verfestigten Metalls 424 an der Mundstücköffnung 412 erzeugt. Insbesondere, wenn das verfestigte Metall 424 aus dem grösseren Querschnittsbereich der Mundstückpassage 410 in den kleineren Querschnittsbereich der Mundstücköffnung 412 gepresst wird, wird das verfestigte Metall 424 umgeformt, um die gewünschte Knetstruktur zu erhalten. Die Mundstückpassage 410 ist nicht darauf beschränkt, dass sie den gleichen Querschnitt wie der geformte Metallartikel 402 haben muss. Die Mundstückpassage 410 kann einen kreisförmigen Querschnitt haben, so wie der, der potentiell für die Mundstückpassagen 410 der Auslassmundstücke 404 der 11 und 12 verwendet werden könnte. Die Mundstückpassage 410 für das Auslassmundstück der 13 bis 16 kann des weiteren eine Divergent-Konvergent-Kammer 420 haben. Aus 13 wird deutlich, dass die gewünschte Knetstruktur für das verfestigte Metall 424 dadurch erreicht werden kann, dass das verfestigte Metall 424 durch eine Mundstücköffnung 412 mit in Bezug zum Querschnittsbereich der vorgeordneten Mundstückpassage 410 kleinerem Querschnitt gepresst wird. Die Mundstückpassage 410 kann die gleiche grundsätzliche Form der Mundstücköffnung 412 haben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.
Kurz Bezug nehmend auf die 22 bis 25 sind andere Querschnitte für den kontinuierlichen Metallartikel 402, der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 400 geformt wird, möglich. 22 und 23 zeigen Metallartikel 402 mit symmetrischen, mehreckigen Querschnitten, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können. 22 zeigt einen mehreckig geformten I-Träger, der durch ein Auslassmundstück 404 mit einer I-förmigen Mundstücköffnung 412 erzeugt wird. 23 zeigt eine massive, mehreckige Stange, die durch ein Auslassmundstück 404 mit einer sechseckigen Mundstücköffnung 412 erzeugt wird. Die Metallstange 402 mit sechseckigem Querschnitt, die durch das Auslassmundstück 404 der 23 geformt ist, kann als Profilstange bezeichnet werden. 24 zeigt einen ringförmigen Metallartikel 402, bei dem die Öffnung des Metallartikels 402 eine andere Form als die äußere Form des Metallartikels 402 hat. In 24 ist die Öffnung bzw. der Ringraum in dem Metallartikel 402 quadratisch geformt, während die Außenform des Metallartikels 402 kreisförmig ist. Dies kann durch Verwendung eines quadratischen Dorns 426 im Auslassmundstück 404 der 12 erreicht werden. Des weiteren zeigt 25 einen Metallartikel 402 mit ringförmigem Querschnitt, der eine mehreckige Außenform (d.h. eine quadratische Form) hat. Die Mundstücköffnung 412 im Auslassmundstück 404 der 25 ist quadratisch geformt, und es wird ein quadratischer Dorn 426 verwendet, um die Form der quadratischen Öffnung oder des quadratischen Ringraums im Metallartikel 402 zu bilden. Die Metallartikel 402 der 25 können als Profilrohre bezeichnet werden.
Bezug nehmend auf 17 ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass zusätzliche oder zweite Auslassmundstücke verwendet wer den, um den Querschnittsbereich des Metallartikels 402 weiter zu verkleinern und das verfestigte Metall 424, das den Metallartikel 402 bildet, weiter umzuformen, um die gewünschte Knetstruktur weiter zu verbessern. In 17 ist ein nachgeschaltetes oder zweites Auslassmundstück 430 dargestellt, das an dem ersten oder vorgeschaltetem Auslassmundstück 404 befestigt ist. Das zweite Auslassmundstück 430 kann, wie dargestellt, an dem ersten Auslassmundstück 404 mit mechanischen Befestigungsmitteln (d.h. Bolzen) 432 befestigt oder einstückig mit dem Auslassmundstück 404 ausgebildet sein. Die Ausführungsform des in 17 dargestellten Auslassmundstücks 404 hat eine ähnliche Konfiguration wie das Auslassmundstück 404 der 13, kann aber ebenso die Konfiguration des Auslassmundstücks 404 der 11 haben (d.h. eine Divergent-Konvergent-Kammer 420 etc. aufweisen). Das zweite Auslassmundstück 430 weist ein Gehäuse 434 mit einer Mundstückpassage 436 und einer Mundstücköffnung 438 auf, ähnlich wie das zuvor beschriebene Auslassmundstück 404. Die zweite Mundstückpassage 436 hat einen kleineren Querschnitt als die Mundstücköffnung 412 des vorgeschalteten Auslassmundstücks 404. Die zweite Mundstücköffnung 438 hat einen in Bezug zur zweiten Mundstückpassage 436 kleineren Querschnitt. Das verfestigte Metall 424 wird zusätzlich kalt umgeformt, wenn es durch die zweite Mundstücköffnung 438 aus der zweiten Mundstückpassage 436 heraus gepresst wird, wodurch die Knetstruktur des verfestigten Metalls 424, das den Metallartikel 402 bildet, verbessert und die Festigkeit des Metallartikels 402 erhöht wird. Das zweite Auslassmundstück 430 kann, wie dargestellt, unmittelbar hinter dem vorgeschalteten Auslassmundstück 404 oder hiervon weiter entfernt angeordnet sein. Das zweite Auslassmundstück 430 weist auch einen zusätzlichen Kühlbereich für das verfestigte Metall 424 auf, um es zu kühlen, bevor es die Vorrichtung 400 verlässt, wodurch die Eigenschaften des verfestigten Metalls 424, das den Metallartikel 402 bildet, verbessert werden.
Bezug nehmend auf die 18 und 20 kann die Vorrichtung 400 ausgebildet sein, um kontinuierliche Metallplatten als Metallartikel 402 zu formen. Das Auslassmundstück 404 der 18 hat eine Mundstückpassage 410, die sich generell in Richtung zur Mundstücköffnung 412 hin verjüngt. Die Mundstücköffnung 412 ist generell so geformt, um den rechteckigen Querschnitt des kontinuierlichen Plattenartikels 402, der in 20 dargestellt ist, zu bilden. Die Kühlkammer 420 wird durch ein paar von Kühlleitungen 440, 442 ersetzt, die sich generell längs der Mundstückpassage 410, wie in 18 dargestellt ist, erstrecken. Das geschmolzene Metall 132 wird in der Mundstückpassage 410 gekühlt, um das Metall 422 in halb verfestigtem Zustand und schliesslich das verfestigte Metall 424 in der Mundstückpassage 410 zu bilden. Das verfestigte Metall 424 wird eingangs verformt, um die gewünschte Knetstruktur zu erzeugen, indem das verfestigte Metall 424 durch den kleineren Querschnittsbereich, der durch die Mundstücköffnung 412 gebildet ist, gepresst wird. Außerdem werden die Rollen 416, die sich unmittelbar an die Mundstücköffnung 412 anschliessen, verwendet, um die Höhe H der kontinuierlichen Platte 402 weiter zu reduzieren, wodurch die kontinuierliche Platte 402 weiter verformt und die Knetstruktur ausgebildet wird. Die kontinuierliche Platte 402 kann jede Länge haben, da das geschmolzene Metall 132 der Vorrichtung 400 gleichmässig zugeführt wird. Somit ist die Vorrichtung 400 der vorliegenden Erfindung geeignet, neben den zuvor diskutierten Stangen und Holmen auch gewalztes Metallblech zu erzeugen. Außerdem können den Rollen nachgeschaltet konventionelle Walzschritte vorgenommen werden.
Bezug nehmend auf die 19 und 21 kann die Vorrichtung 400 ausgestaltet sein, um einen kontinuierlichen Metallbarren als Metallartikel 402 zu erzeugen. Das Auslassmundstück 404 der 19 weist eine Mundstückpassage 410 auf, die generell in zwei Teile aufgeteilt ist. Ein erster Teil 450 der Mundstückpassage 410 hat einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt. Ein zweiter Teil 452 der Mundstückpassage 410 divergiert im Wesentlichen, um die Mundstücköffnung 412 zu bilden. Die Mundstücköffnung 412 ist im Wesentlichen so gestaltet, dass sie die Querschnittsform des Barrens 402, der in 21 dargestellt ist, bildet. Die Querschnittsform kann mehreckig, wie in 21a, oder kreisförmig sein, wie in 21b dargestellt. Die Kühlkammer 420 wird durch ein Paar von Kühlleitungen 454, 456 ersetzt, die sich im Wesentlichen über die Länge des ersten Teils 450 der Mundstückpassage 410 erstrecken, wie in 19 dargestellt ist. Das geschmolzene Metall 132 wird in der Mundstückpassage 410 gekühlt, um das Metall 422 in halb verfestigtem Zustand und schließlich das verfestigte Metall 424 im ersten Teil 450 der Mundstückpassage 410 zu bilden. Das halb verfestigte Metall 422 ist vorzugsweise vollständig gekühlt, wodurch das verfestigte Metall 424 erzeugt wird, wenn das verfestigte Metall 424 den zweiten Teil 452 der Mundstückpassage 410 mit grösserem Querschnitt erreicht. Das verfestigte Metall 424 wird eingangs umgeformt, um die gewünschte Knetstruktur zu erhalten, wenn das verfestigte Metall 424 von dem kleineren Querschnittsbereich, der durch den ersten Teil 450 der Mundstückpassage 410 gebildet wird, im grösseren Querschnittsbereich, der durch den zweiten Teil 452 der Mundstückpassage 410 gebildet wird, nach außen divergiert. Außerdem können die Rollen 416, die unmittelbar hinter der Mundstücköffnung 412 angeordnet sind, verwendet werden, um die Weite W des kontinuierlichen Barrens 402 weiter zu reduzieren, wodurch der kontinuierliche Barren 402 weiter umgeformt und die gewünschte Knetstruktur erzeugt wird. Der kontinuierliche Barren 402 kann jede Länge haben, da das geschmolzene Metall 132 der Vorrichtung 400 in gleichmässiger Weise zugeführt wird. Somit ist die Vorrichtung 400 der vorliegenden Erfindung geeignet, neben den kontinuierlichen Platten, Stangen und Holmen auch Barren jeder gewünschten Länge zur Verfügung zu stellen.
Das hier beschriebene kontinuierliche Verfahren kann verwendet werden, um kontinuierliche Metallartikel virtuell jeglicher Länge und jeglichen Querschnitts zu erzeugen. In der vorstehenden Beschreibung wurde detailliert das Erzeugen von kontinuierlichen Metallstangen, Holmen, Barren und Platten beschrieben. Das vorbeschriebene Verfahren kann verwendet werden, um sowohl massive als auch ringförmige Querschnitte zu bilden. Solche ringförmigen Querschnitte bilden nahtlose Leitungen, wie hohle Rohre oder Röhren. Das hierin beschriebene Verfahren ermöglicht auch das Bilden von Metallartikeln mit sowohl symmetrischen als auch asymmetrischen Querschnitten. Zusammenfassend ist mit dem hierin beschriebenen Verfahren zum Formen von kontinuierlichen Metallartikeln folgendes möglich (nicht abschliessende Aufzählung): (a) Zur-Verfügung-stellen eines großen Volumens von Materialformen mit geringem Extrusionsverhältnis; (b) Zur-Verfügung-stellen von hochwertigen, dünnwandigen, nahtlosen Metallartikeln wie hohlen Rohren und Röhren; (c) Erzeugen von Metallartikeln mit asymmetrischem Querschnitt; und (d) Erzeugen von nicht vergütbaren, spannungsfreien Metallartikeln im F-Temper, bei denen kein Abschrecken oder Alterungshärten notwendig ist und die keine Verspannungen durch das Abschrecken sowie sehr geringe Eigenspannungen haben.

Claims

Verfahren zum Herstellen von kontinuierlichen Metallartikeln unbestimmter Länge mit den folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen einer Vielzahl von Injektoren (100, 200) für geschmolzenes Metall, von denen jeder mit geschmolzenem Metall (134, 234) von einer Versorgungsquelle (132, 232) für flüssiges Metall und mit einem oder einer Vielzahl von Auslassmundstück(en) (306, 404) in Verbindung steht, wobei jeder der Injektoren (100, 200) ein Injektorgehäuse (102, 202) und einen Kolben (104, 204) aufweist, der Kolben innerhalb des Gehäuses (102, 202) durch einen Rückholhub, bei dem geschmolzenes Metall in das Gehäuse (102, 202) eingebracht wird, und einem Verdrängungshub, bei dem geschmolzenes Metall (134, 234) dem bzw. den Auslaßmundstück(en) (306, 404) zugeführt wird, hin und her bewegt werden kann und das bzw. die Auslaßmundstück(e) (306, 404) jeweils zur Herstellung von kontinuierlichen Metallartikeln (402) unbestimmter Länge ausgebildet sind; fortlaufendes Betätigen der Injektoren (100, 200) zum Bewegen der jeweiligen Kolben (104, 204), um durch ihre Rückhol- und Verdrängungshübe dem bzw. den Auslaßmundstück(en) (306, 404) geschmolzenes Metall bei im Wesentlichen konstanter Flußrate und Druck zuzuführen; Kühlen des geschmolzenen Metalls (134, 234) in dem bzw. den Auslaßmundstück(en) (306, 404) zum Bilden eines halbfesten Metalls (422); Verfestigen des halbfesten Metalls (422) in dem bzw. den Auslaßmundstück(en) (306, 404), um ein verfestigtes Metall (424) mit einer gußartigen Struktur zu bilden; und Abführen des verfestigten Metalls durch eine Mundstücköffnung (412) zum Bilden des Metallartikels (402) unbestimmter Länge.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Schritt des Bearbeitens des verfestigten Metalls (424) zum Erzeugen einer Knetstruktur im verfestigten Metall (424) vor dem Schritt des Abführens des verfestigten Metalls (424) durch die Mundstücköffnung (412).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bearbeitens des verfestigten Metalls (424) in einer Divergent-Konvergent-Kammer (420) durchgeführt wird, die stromaufwärts der Mundstücköffnung (412) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßmundstück (404) eine Auslaßmundstückpassage (410) aufweist, die mit der Mundstücköffnung (412) in Verbindung steht, um das Metall zur Mundstücköffnung (412) zu transportieren, wobei die Mundstücköffnung (412) einen kleineren Querschnittsbereich als die Mundstückpassage (410) hat, und wobei der Schritt des Bearbeitens des verfestigten Metalls (424) durch das Abführen des verfestigten Metalls (424) durch den kleineren Querschnitt der Mundstücköffnung (412) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Abführens des verfestigten Metalls (424) durch ein zwei tes Auslaßmundstück (430) mit einer Mundstücköffnung (438), wobei das zweite Auslaßmundstück (430) stromabwärts des ersten Auslaßmundstücks (404) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Mundstücköffnung (438) einen kleineren Querschnittsbereich als die erste Mundstücköffnung (412) aufweist, und daß das Verfahren den Schritt eines weiteren Bearbeitens des verfestigten Metalls (424) zum Bilden einer Knetstruktur durch Abführen des verfestigten Metalls durch die zweite Mundstücköffnung (438) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstücköffnung (412) einen symmetrischen Querschnitt in Bezug zu mindestens einer der durch sie hindurchlaufenden Achsen zum Formen eines Metallartikels (402) mit einem symmetrischen Querschnitt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstücköffnung (412) zum Formen eines Metallartikels (402) mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstücköffnung (412) zum Formen eines Metallartikels (402) mit mehreckigem Querschnitt ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstücköffnung (412) zum Formen eines Metallartikels (402) mit ringförmigem Querschnitt ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstücköffnung (412) einen asymmetrischen Querschnitt zum Formen eines Metallartikels (402) mit einem asymmetrischen Querschnitt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Rollen (460), die stromabwärts der Mundstücköffnung (412) mit dem gebildeten Metallartikel (402) in Kontakt stehen, und durch den weiteren Schritt des Erzeugens eines Gegendrucks für die Vielzahl von Injektoren (100, 200) durch einen Reibkontakt zwischen den Rollen (416) und dem Metallartikel (402).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstücköffnung (412) zum Formen eines kontinuierlichen Blechs ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den Schritt des weiteren Bearbeitens des verfestigten Metalls (424), bei dem das kontinuierliche Blech mit den Rollen (416) geformt wird, um eine Knetstruktur zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßmundstück (404) eine Auslaßmundstückpassage (410) aufweist, die mit der Mundstücköffnung (412) in Verbindung steht, um das Metall zur Mundstücköffnung (412) zu transportieren, daß die Mundstückpassage (410) einen kleineren Querschnittsbereich als die Mundstücköffnung (412) aufweist, und daß der Schritt des Bearbeitens des verfestigten Metalls (424) durch das Abführen des verfestigten Metalls (424) von der Mundstückpassage (410) mit dem schmaleren Querschnitt in den weiteren Querschnitt der Mundstücköffnung (412) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Rollen (416) vorgesehen sind, die mit dem gebildeten Metallartikel (402) stromabwärts der Mundstücköffnung (412) in Kontakt stehen, und daß das Verfahren den weiteren Schritt des Erzeugens eines Gegendrucks für die Vielzahl von Injektoren (100, 200) durch den Reibkontakt zwischen den Rollen (416) und dem Metallartikel (402) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstücköffnung (412) zum Formen eines kontinuierlichen Barrens ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt eines weiteren Bearbeitens des verfestigten Metalls (424) aufweist, bei dem der kontinuierliche Barren mit den Rollen (416) geformt wird, um eine Knetstruktur zu erhalten.
Vorrichtung zum Herstellen eines kontinuierlichen Metallartikels (402) unbestimmter Länge, mit einem Auslaßverteiler (140, 240), der so ausgestaltet ist, daß er in Flüssigkeitsverbindung mit einer Quelle für geschmolzenes Metall steht; und einem oder einer Vielzahl von Mundstücken (306, 404), die in Flüssigkeitsverbindung mit dem Auslaßverteiler (140, 240) stehen und jeweils zum Formen eines kontinuierlichen Metallartikels (402) unbestimmter Länge ausgebildet sind, wobei die Auslaßmundstücke (306, 404) des weiteren ausgebildet sind mit einem Mundstückgehäuse (408), das an dem Auslaßverteiler (140, 240) angebracht ist, wobei das Mundstückgehäuse eine Mundstücköffnung (412) definiert, die so gestaltet ist, daß sie den Querschnitt des kontinuierlichen Metallartikels (402), der aus dem Auslaßmundstück (404) austritt, formt, wobei das Mundstückgehäuse (408) eine Mundstückpassage (410) definiert, die in Flüssigkeitsverbindung mit dem Auslaßverteiler (140, 240) steht, um Metall zur Mundstücköffnung (412) zu fördern, und wobei das Mundstückgehäuse (408) des weiteren eine Kühlkammer (414) definiert, die mindestens einen Teil der Mundstückpassage (410) zum Kühlen und Verfestigen des geschmolzenen Metalls (134, 234) umgibt, das vom Auslaßverteiler (140, 240) kommt und durch die Mundstückpassage (410) zur Mundstücköffnung (412) gefördert wird, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Injektoren (100, 200) für geschmolzenes Metall, von denen jeder mit der Quelle für geschmolzenes Metall (132, 232) sowie dem Verteiler (140, 240) in Flüssigkeitsverbindung steht, wobei die Injektoren (100, 200) jeweils ein Injektorgehäuse (102, 202) und einen Kolben (104, 204) aufweisen, wobei der Kolben innerhalb des Gehäuses (102, 202) durch einen Rückholhub, bei dem geschmolzenes Metall in das Gehäuse (102, 202) eingebracht wird, und einem Verdrängungshub, bei dem geschmolzenes Metall (134, 234) dem Verteiler (140, 240) und dem bzw. den Auslaßmundstück(en) (306, 404) zur Verfügung gestellt wird, hin und her bewegt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstückpassage (410) mindestens eines der Auslaßmundstücke (404) eine Divergent-Konvergent-Kammer (420) bildet, die stromaufwärts der korrespondierenden Mundstücköffnung (412) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstückpassage mindestens eines der Auslaßmundstücke (412) einen darin angeordneten Auspreßdorn (426) zum Formen eines Metallartikels (402) mit einem ringförmigen Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Rollen (416), die jedem der Auslaßmundstücke (404) zugeordnet und so angeordnet sind, daß sie mit dem gebildeten Metallartikel (402) stromabwärts der jeweiligen Mundstücköffnungen (412) in Kontakt stehen, um reibend auf die Metallartikel (402) einzuwirken und einen Gegendruck auf das geschmolzene Metall (132) im Verteiler auszuüben.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Mundstückpassagen (410) der Auslaßmundstücke (404) einen Querschnittsbereich definiert, der größer ist als der Querschnittsbereich, der durch die korrespondierende Mundstücköffnung (412) definiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Mundstückpassagen (410) der Auslaßmundstücke (404) einen Querschnittsbereich definiert, der kleiner als der von der korrespondierenden Mundstücköffnung (412) definierte Querschnittsbereich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstückpassage (410) mindestens einer der Auslaßmundstücke (404) einen Querschnittsbereich definiert, der größer ist als der Querschnittsbereich, der durch die korrespondierende Mundstücköffnung (412) definiert ist, und daß darüber hinaus ein zweites Auslaßmundstück (430) stromabwärts des mindestens einen Auslaßmundstücks (412) vorgesehen ist, wobei das zweite Auslaßmundstück (430) eine Mundstücköffnung (438) definiert, die einen kleineren Querschnittsbereich als die korrespondierende Mundstücköffnung (412) stromaufwärts hat.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstücköffnung (412) mindestens eines der Auslaßmundstücke (404) zum Formen eines Metallartikels (402) mit einem mehreckigen Querschnitt ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstücköffnung (412) mindestens eines der Auslaßmundstücke (404) zum Formen eines Metallartikels (402) mit einem ringförmigen Querschnitt ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstücköffnung (412) mindestens eines der Auslaßmundstücke (404) einen asymmetrischen Querschnitt zum Formen eines Metallartikels (402) mit einem asymmetrischen Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstücköffnung (412) mindestens eines der Auslaßmundstücke (404) einen symmetrischen Querschnitt in Bezug auf mindestens eine der dadurch hindurchlaufenden Achsen zum Formen eines Metallartikels (402) mit einem symmetrischen Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mundstücköffnung (412) mindestens eines der Auslaßmundstücke (404) zum Formen eines kontinuierlichen Blechs oder eines kontinuierlichen Barrens ausgebildet ist.