WO2020200893A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines metallischen bauteiles - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines metallischen bauteiles Download PDF

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WO2020200893A1
WO2020200893A1 PCT/EP2020/058030 EP2020058030W WO2020200893A1 WO 2020200893 A1 WO2020200893 A1 WO 2020200893A1 EP 2020058030 W EP2020058030 W EP 2020058030W WO 2020200893 A1 WO2020200893 A1 WO 2020200893A1
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membrane
casting mold
sound
component
drive unit
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PCT/EP2020/058030
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Rudolf Gradinger
Stefan Gneiger
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Voestalpine Additive Manufacturing Center Gmbh
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium

Definitions

  • the invention relates to a device for producing a metallic component.
  • the invention also relates to a method for producing a metallic component.
  • Grain refinement is usually based on influencing or targeted stimulation of nucleation in a material, for example through suitable temperature treatment, in particular supercooling, of the material or through the addition of nucleating particles to the material. In this way, both the strength and the ductility of a component formed with the material can be increased.
  • pressure fluctuations in the material caused by the ultrasonic waves are the cause of nucleation and grain refinement of the material and in particular cavitation caused by the ultrasonic waves, i.e.
  • Ultrasonic treatment of melts is an alternative way of influencing the mechanical properties of a metallic material with grain refinement and, in particular, increasing the strength and / or ductility of the material.
  • melt conditioning when manufacturing cast components, it has proven useful to treat a metallic melt with ultrasound, especially before or when the melt is poured into a casting mold, in order to clean the melt and / or activate germs in the mold Melt, a so-called melt conditioning, carry out.
  • the document AT 502 641 B1 discloses a method and a device for treating a melt with ultrasound, with ultrasonic waves being introduced into the melt via an ultrasonic conductor and additionally measured with a microphone in order to adapt a power of the ultrasonic waves.
  • Thermal expansion or thermal contraction of a usually rod-like ultrasonic transmitter, wel cher often led through the duct is also designed with a varying diameter along its length, for example if a melt with a temperature of up to 1000 C is poured into the casting mold and cools down in it, often leads to a penetration of melt into the duct, which disrupts the process in an uncontrolled manner, the ultrasonic transmitter has been set and / or there is a potential hazard from melt escaping from the mold.
  • conventional ultrasound transmitters have, as a rule, been used for other offer designed, construction has proven to be very susceptible to a usually high temperature exposure, in particular by metallic melts.
  • An object of the invention can be seen in creating a device with which a metallic component with optimized properties, in particular while reducing the aforementioned difficulties, can be produced.
  • Another aim is to specify a method with which a metallic component with optimized properties can be produced, in particular while reducing the aforementioned difficulties.
  • a device for producing a metallic component has a casting mold into which flowable, metallic material can be poured in order to allow the material to solidify in the casting mold for the manufacture of the component.
  • the casting mold has at least one sound exciter or at least one sound exciter is arranged integrated in the casting mold in order to use the sound exciter to introduce vibrations, in particular sound waves, into a material located in the casting mold.
  • the sound stimulator is formed with a diaphragm and a drive unit, so that the diaphragm can be set in motion with the drive unit, around the
  • the drive unit can be designed with a mechanism connected to the membrane or an actuator connected to the membrane in order to set the membrane in, for example, periodic movement.
  • a method for producing a metallic component by means of a casting mold which has at least one sound stimulator or in which at least one sound stimulator is integrated, which is formed with a membrane and a drive unit can include: Filling a flowable, metallic material into the casting mold ; Verset zen the membrane with the drive unit via a mechanism connected to the membrane or an actuator connected to the membrane in, for example, periodic movement in order to introduce vibrations, in particular sound waves, into the metallic material; and allowing the metallic material to solidify in the casting mold to produce the metallic component.
  • the device can be designed in such a way that the shaping of a flowable material filled into the casting mold as a component is influenced as little as possible, but vibrations, in particular sound waves, are efficiently introduced into the material, in particular also while the material is solidifying can.
  • the flowable material is usually in the form of a melt and is at least partially allowed to solidify in the casting mold.
  • the casting mold can be a permanent mold, for example for casting close to end dimensions.
  • the sound stimulator is formed with a membrane in order to introduce the vibrations, in particular sound waves, into the material, the sound stimulator can be inserted into a component-forming surface of the casting mold with little hindrance to the shaping of the component. This enables the
  • Sound stimulator or its membrane in a critical area or in the vicinity of a critical area of the component to be formed, which will be used in later application conditions of the building part is particularly stressed to be arranged without disrupting a solidification of the melt or its material when forming such an area beyond the dimensions.
  • vibrations or sound waves can, in particular, be introduced in a targeted manner into such critical areas in order to optimize these or their material properties in a manner adapted to the purpose.
  • An advantageous grain refinement caused by vibrations, in particular Schallwel len, and thus material optimization, can be carried out in this way before and in particular during the solidification of the melt or formation of the component in the mold, particularly in an aforementioned critical area of the component, with a solidification process of the material or a shaping of the component in the casting mold is only slightly or preferably not at all hindered or disturbed.
  • the membrane can simply be adapted to a shape or outer surface of the component to be shaped or designed to be coordinated with this.
  • a further advantage of forming the sound exciter with a membrane is that such a sound exciter can be designed to be particularly robust, especially with respect to a temperature load caused by a melt, in particular directly adjacent to the membrane.
  • a membrane in this context means that at least one membrane is provided, but several membranes can also be present.
  • the casting mold is generally designed to at least partially shape a flowable material filled into the casting mold, in particular while the material is solidifying in the casting mold, into the component or a shape of the component by pre-shaping the material in a through the casting mold given shape or form is allowed to solidify at least partially.
  • An outer surface of the component is shaped accordingly to a surface of the casting mold. This is also referred to as forming the component.
  • a membrane denotes a flat, often plate-shaped component which can be set in, preferably periodic, movement with a drive unit, so that when the membrane is in a working state, vibrations, in particular sound waves, are converted into an in the mold filled in particular flowable mate rial can be introduced.
  • the membrane it has proven useful here for the membrane to be formed with a plate, the plate as a whole and / or a surface facing a material filled into the casting mold when the membrane is in a working state Plate or membrane, in particular adapted to the component, is shaped or deformed.
  • the membrane and / or a surface of the membrane in particular a surface of the membrane facing a material filled into the casting mold when the membrane is in a working state, depending on a size and / or shape of an area, in particular a before the mentioned critical area, of the component to be shaped, in which vibrations or Schallwel len are to be introduced with the sound exciter, is shaped.
  • sound waves can be brought into such an area in a particularly targeted manner.
  • the membrane is preferably designed as a metallic membrane. It has proven useful if the membrane is formed with or from steel, molybdenum or tungsten. A construction of the membrane with or from molybdenum or tungsten is preferred in order to ensure both a high resistance of the membrane and a low probability of contamination of the material with the membrane. Alternatively or cumulatively, it is favorable for a high level of robustness if the membrane is formed with or from a ceramic, in particular with aluminum oxide, preferably Al 2 O 3 .
  • a working position or a working state of the sound exciter and / or the membrane denotes a position or a state of the sound exciter or the membrane in which the sound exciter or the membrane is used to introduce vibrations, in particular sound waves, into a mold be sensitive material or material filled into the mold, in particular as part of the mold or integrated into the mold, is arranged.
  • a movement of the membrane refers to a movement of the membrane as a whole or a part of the membrane. Usually, the movement is designed as an oscillation, oscillation and / or vibration of the membrane or a part of the membrane. The movement is preferably designed as, in particular, time-dependent deformation of the membrane or a partial area of the membrane.
  • the movement of the membrane can be a periodic and / or aperiodic movement or oscillation. In particular, the movement can be formed by superimposing several vibrations of different frequencies.
  • a particularly efficient introduction of vibrations or sound waves into the material can be achieved if the membrane is arranged and, in particular, shaped in such a way that a material filled into the casting mold lies directly against the membrane. It is advantageous if the membrane is part of a surface that forms the component. As a result, solidification of the material or the shaping of the component by the sound exciter is particularly little impaired, since the membrane simultaneously has a functionality that shapes the component. For this purpose, it is expedient if a component-forming surface of the membrane is directly, preferably continuously, adjacent to a component-forming surface of the casting mold.
  • the membrane can be designed as part of a surface of the casting mold, in particular as part of a surface of the casting mold that forms the component, or can be arranged integrated therein.
  • the casting mold has a plurality of sound exciters and / or a plurality of sound exciters are integrated in the casting mold, which in particular can be controlled separately from one another.
  • vibrations in particular special sound waves
  • targeted vibrations in particular sound waves, can be introduced in order to effect a grain refinement of the material in these areas.
  • the casting mold is formed with several casting mold parts that are movable relative to one another, so that the casting mold can be opened and / or closed or opened and / or closed by moving the casting mold parts relative to one another.
  • one or more sound exciters can be arranged in a molded part or in several molded parts.
  • surfaces of the molded parts in combination with one another have a negative shape of the component to be created or shaped.
  • a cavity corresponding to the component is formed, into which the material for the production of the component can be or is filled, often pressed in or pressed in under pressure.
  • a continuous casting mold is usually a bottomless mold into which the material can be filled and through which the material runs in order to at least partially solidify the material and in particular to shape it.
  • vibrations, in particular sound waves can be efficiently introduced into the material passing through a permanent casting mold, even during a continuous casting process, with a continuous casting process being hardly negatively influenced or hindered.
  • the at least one sound exciter can form a unit with the casting mold or a casting mold part. It can advantageously be provided that the sound stimulator is detachably connected to the casting mold or a casting mold part. This means that sound stimulators can be easily exchanged and / or renewed. It is favorable if the membrane of the sound exciter is detachably connected to the casting mold or a casting mold part and / or the sound exciter. In this way it is made possible that only the membrane is exchangeable or renewable.
  • a closure device is provided with which the sound stimulator is connected to the casting mold, in particular a casting mold part, in a non-positive and / or form-fitting releasable manner.
  • the casting mold or a casting mold part has at least one feed-through channel into which the sound stimulator can be inserted, in particular starting from a side of the casting mold facing away from a cavity of the casting mold, in order to position the sound stimulator in a working position of the sound stimulator. It goes without saying that it can be beneficial if the mold or a molded part has several such ducts.
  • the membrane adjoins or is connected to the casting mold in a liquid-tight manner or to a surface of the casting mold, in particular a surface that forms the component. This is particularly easy to implement due to the generally less complex geometric shape of the membrane with conventional means, for example a form-fitting and / or material-locking and / or preferably non-positive or frictional connection of the membrane to the casting mold.
  • the drive unit is designed with a mechanism connected to the membrane or an actuator connected to the membrane in order to set the membrane in, preferably periodic, movement.
  • the mechanism or the actuator can for example be formed with one or more movable pistons, which can be or are driven in particular by a motor.
  • the actuator is usually designed to convert electrical signals, in particular electrical control signals, into mechanical movement.
  • a practical structure is achieved if the actuator is designed to convert a rotational movement, for example of a motor, into a linear movement in order to set the membrane in motion.
  • the actuator can be designed, for example, with or as a cam gear, for example with a rotatable cam disk and a lever element scanning a shape or guidance of the cam disk, a rotational movement of the cam disk is converted into a linear movement of the lever element in order to move the membrane into the lever element To move.
  • the actuator can in particular be designed with an unbalance motor and / or an eccentric gear in order to set the membrane in motion.
  • the drive unit in particular the mechanics or the actuator
  • the membrane is connected to the membrane in such a way that the drive unit, in particular the mechanics or the actuator, the membrane against a material filled into the mold or a pressure caused by a material filled into the casting mold acting on the membrane, preferably even when the membrane was at a standstill.
  • a housing of the drive unit in particular a housing of the mechanism or of the actuator, prefers the membrane to a material filled into the mold or a pressure acting on the membrane caused by a material filled into the mold even when the membrane stood still, it is supported.
  • Operation takes place with little wear when the membrane can be set pneumatically or hydraulically with the drive unit in, preferably periodic, movement.
  • This can be implemented in particular in that the membrane is or is moved directly or indirectly by varying a pressure of a medium with the drive unit. It has proven useful that the membrane in a working position of the membrane on a side of the membrane facing away from a material filled into the mold is acted upon by a pressure of a medium, the membrane with the drive unit in by varying the pressure of the medium , preferably periodic, movement is displaceable or is displaced.
  • the medium can in particular directly on the membrane, in particular on one in a working position of the diaphragm against a side of the diaphragm facing away from a material filled into the mold, whereby a pressure change in the medium can be converted particularly efficiently into a movement of the diaphragm.
  • the medium is designed as a gas, in particular air, preferably compressed air, or as a liquid, in particular water or oil.
  • the medium when the medium is in direct contact with the membrane, the medium has a heat dissipation functionality or cooling functionality. It has therefore been proven that the medium is designed with or as a cooling liquid, with cooling in particular being able to take place with a phase change, for example evaporation, of the cooling liquid.
  • a very precise movement control of the membrane can be achieved if the drive unit is formed with at least one piezoe lectric component in order to set the membrane with the drive unit in, preferably periodic, movement by deformation of the piezoelectric component. It is beneficial if several piezoelectric compo elements are provided for this purpose.
  • the membrane can be moved electromagnetically with the drive unit into, preferably periodic, movement.
  • at least one electromagnetically movable movement element can be arranged on and / or in the membrane, the movement element being movable with the drive unit via electromagnetic interaction or an in particular controllable magnetic field.
  • the drive unit can have one or more magnets, in particular one or more electromagnets, in order to set the at least one movement element in motion.
  • the movement element Ment can for example be formed with at least one magnet, in particular a special magnetic layer, or an electromagnet.
  • the sound exciter is designed to set the membrane in a, preferably periodic, movement which deflects the membrane only in one direction, preferably only in Direction of a material arranged in a working position of the membrane in the casting mold, in relation to a rest position of the membrane.
  • the sound stimulator is designed to set the membrane in a preferably periodic movement, with an average deflection of the membrane in the direction of a working state of the membrane with respect to a rest position of the membrane
  • the material in the mold is greater than an average deflection of the membrane in a direction opposite to this.
  • the membrane has an average thickness greater than 0.1 mm, in particular between 0.1 mm and 1 cm, preferably between 0.1 mm and 0.8 mm, particularly preferably between 0.1 mm and 0.5 mm.
  • the membrane has an average thickness between 0.1 mm and 1 mm, preferably between 0.1 and 0.5 mm.
  • a specific thickness depends in particular on a specific application situation, for example a membrane material, a frequency to be achieved for the vibration conditions, in particular sound waves, and / or a temperature of the melt.
  • vibrations in particular special sound waves, with frequencies between a few Hz and 30 kHz can be useful. It is accordingly advantageous if the sound stimulator is designed to generate frequencies between 2 Hz and 30 kHz.
  • the sound exciter is formed to generate vibrations, in particular sound waves, with several frequencies and / or frequency bands in parallel with each other.
  • vibrations in particular special sound waves, in the form of standing waves in the casting mold or between casting mold walls or a material filled into the casting mold in a working state can be reduced or prevented.
  • the cooling medium can be configured as a gas or liquid which is suitable for efficiently absorbing heat.
  • the cooling medium can expediently be formed, for example, with or as argon or helium. A particularly pronounced cooling can be achieved if that Cooling medium is formed with or as water or oil.
  • the cooling device is formed with cooling channels for guiding the cooling medium, the cooling channels being arranged within the membrane and / or on the membrane and / or in the immediate vicinity of the membrane in order to cool the membrane.
  • the cooling device can in particular be designed to carry out cooling with a phase change, for example evaporation, of the cooling medium.
  • the device has at least one movable compression body, also called a squeeze pin, in order to compress or compress a material that solidifies in the mold with the compression body.
  • the compaction body is designed to generate a local overpressure in the material by pressing or pressing the compression body against the, in particular solidifying, material in order to be able to ren and especially due to shrinkage of the material when the material cools in the mold / or to reduce air inclusions in the material.
  • the compression cylinder is driven or moved with a hydraulic system, in particular a hydraulic cylinder. It is advantageous if the compression body is designed as a sound conductor in order to introduce vibrations, in particular sound waves, into the material with the compression body while the material is being compressed.
  • the sound stimulator is designed as a compression body in order to compress or compress a material that solidifies in the casting mold.
  • the functionality of a compression body or squeeze pin can be combined in a compact manner with that of the sound exciter.
  • the sound stimulator can be designed to be controllably movable, in particular hydraulically movable, in order to apply pressure to an in the casting mold due to the sound stimulator to exercise filled and in particular solidifying material in the mold.
  • a temperature control device is available in order to control the temperature of the casting mold and / or a material filled into the casting mold.
  • the temperature control device can expediently be designed as a heating device and / or cooling device in order to heat or cool the casting mold and / or a material filled into the casting mold. In this way, a cooling process of a material filled into the casting mold can be controlled in a targeted manner.
  • Electromagnetic waves introduced into the material can advantageously cause mechanical vibrations, in particular sound waves, of the material or in the materi al and as a result of a grain refinement of the material. This can in particular be carried out additionally or as an alternative to bringing vibrations or sound waves into the material by moving a membrane.
  • the membrane is transparent to electromagnetic waves in order to introduce electromagnetic waves into a material in the mold via the membrane.
  • a robust design is achieved if the membrane is formed with or from ceramic, in particular aluminum oxide, preferably Al 2 O 3 . It is useful if there is a transmission unit for generating electromagnetic waves in order to introduce the electromagnetic waves into the material via the membrane.
  • At least one further membrane can advantageously be present, which is arranged as part of the casting mold or integrated into the casting mold, the further membrane being designed to be transparent to electromagnetic waves in order to transfer electromagnetic waves over or through the membrane to a device located in the casting mold Bring in material.
  • the device or the mold has a transmission unit for generating electromagnetic waves, which is arranged such that electromagnetic waves generated with the transmission unit via the further membrane can be introduced into the material. It goes without saying that several such further membranes and / or transmission units can be present.
  • the sound exciter can thus be usefully replaced by a membrane that is transparent to electromagnetic waves. It is therefore advantageous if a device for the production of at least one, in particular metallic, component is implemented, having a casting mold into which flowable, in particular metallic, material can be poured in order to allow the material to solidify in the casting mold for producing the component, wherein the mold has at least one membrane which is transparent to electromagnetic waves in order to introduce electromagnetic waves into a material located in the mold via the membrane.
  • the device has a transmission unit for generating electromagnetic waves in order to introduce electromagnetic waves generated with the transmission unit into the material via the membrane.
  • a production or shaping of the component is particularly little disrupted if the membrane is part of a surface that forms the component.
  • Efficient grain refinement can be achieved when the mold has a plurality of membranes which are transparent to electromagnetic waves in order to introduce electromagnetic waves into a material in the mold via the membrane.
  • a robust design is sufficient if the membrane is formed with or from aluminum oxide, before given Al 2 O 3 .
  • a membrane refers to a flat, often plate-shaped component that is transparent to electromagnetic waves, so that electromagnetic waves can be introduced into a particularly flowable material filled into the mold via the membrane or through the membrane.
  • the membrane can in particular be arranged as part of the casting mold or integrated into the casting mold.
  • such a device with a membrane transparent for electromagnetic waves in particular a material, a mold and / or a membrane transparent for electromagnetic waves of such a device, can advantageously correspond to or analogously to the features, advantages and effects described in Frame of a device for the production of a particularly metallic component un ter the use of sound exciters, in particular described above, be formed.
  • the further aim of the invention is achieved with a method of the type mentioned above, the method being feasible in particular with a device according to the invention if the sound stimulator is formed with a membrane and a drive unit, the membrane with the drive unit in, preferably periodic, movement is displaced in order to introduce the vibrations, in particular sound waves, into the material.
  • the sound exciter can thereby be or be inserted into a component-forming surface of the casting mold with little hindrance to the forming of the component, so that in particular in an application-critical area of the component to be formed or created, which is particularly stressed in later use conditions of the component, Vibrations, especially sound waves, can be introduced with the sound stimulator.
  • such a sound stimulator with a membrane can be designed to be particularly robust and temperature-resistant and, above all, enables efficient cooling of the membrane.
  • vibrations, in particular sound waves can be introduced particularly efficiently into the material poured into the casting mold via the membrane, in particular with at the same time greatly reduced interference with the shaping of the component while the material solidifies in the casting mold.
  • volume of an area of the material in which vibrations, in particular sound waves, are to be introduced, or the degree of grain refinement to be achieved in the material it can be beneficial if the sound exciter or the membrane vibrates, in particular sound waves, before solidification and / or are introduced into the material during solidification of the material.
  • the sound exciter or the membrane vibrations, in particular special sound waves are introduced into the material before solidification and during solidification of the material.
  • vibrations in particular sound waves
  • a frequency between 2 Hz and 30 kHz, in particular between 1 kHz and 30 kHz, preferably between 10 kHz and 25 kHz, particularly preferably between 15 kHz and 20 kHz, are used with the sound exciter kHz, generated or introduced into the material.
  • the sound exciter vibrates, in particular sound waves, with several frequencies and / or frequency bands generated in parallel or introduced into the material.
  • a particularly efficient grain refinement in particular with a simultaneous slight negative influence on the shaping of the component, can be achieved if the material is formed with a light metal or a light metal alloy. It is advantageous if the material is formed with or as an aluminum-based alloy or magnesium-based alloy. The material can be formed in particular with bronze, brass, tin and / or zinc. It is particularly practical if the material is formed with or from a magnesium-aluminum-zinc alloy. Further features, advantages and effects result from the exemplary embodiment shown below. In the drawings to which reference is made, shows:
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a section of a device according to the invention.
  • the device 1 shows a schematic representation of a section of a device 1 according to the invention for producing at least one component, in particular a metallic component.
  • the device 1 comprises a multi-part casting mold 2, having two casting mold parts 3 that are movable relative to one another. By moving the casting mold parts 3 relative to one another, the casting mold 2 can be opened or closed. Surfaces of the mold parts 3 are shaped in such a way that, in combination with one another, they have a negative shape of the component to be produced.
  • the mold parts 3 form a cavity 4 corresponding to the component, into which flowable, in particular metallic, material can be poured in order to form the component by allowing the flowable material to solidify in the casting mold 2 or cavity 4 . With the casting mold 2 closed, the material is often filled or pressed into the cavity 4 of the casting mold 2 via a sprue or a nozzle, shown in FIG. 1 with arrow A.
  • 1 shows several, in particular two, sound stimulators 5 which are arranged integrated in one of the mold parts 3 in order to communicate with the sound stimulators 5
  • a sound stimulator 5 is provided with a membrane 6 and a drive unit 7 is formed so that the membrane 6 with the drive unit 7 can be set in, preferably periodic, movement in order to introduce the vibrations, in particular sound waves, into the material.
  • the membrane 6 of a respective sound exciter 5 is arranged in the casting mold 2 in such a way that a material filled into the casting mold 2 rests directly on the membrane 6 or a surface of the membrane 6, the membrane 6 or its surface being part of it represents a surface forming the component.
  • vibrations in particular sound waves
  • vibrations or sound waves can be efficiently introduced into areas of the component to be formed with the material, which are to be regarded as particularly critical with regard to a later application of the component, for example areas of the component to be formed which are in application use of the component are particularly burdened. Areas of this type are usually given special attention when the component is manufactured, since they generally have to be shaped with the least possible interference in order to ensure high quality and resilience of the component.
  • the drive units 7 of the sound exciter 5 shown in FIG. 1 are each designed with a mechanism connected to the membrane 6 or an actuator 8 connected to the membrane 6 in order to set the membrane 6 in motion. It is useful here if a drive unit 7 is designed with an actuator 8 which translates a rotational movement of a rotary element into a linear movement in order to move the membrane 6 to move.
  • the actuator 8 can be formed for this purpose with a rotatable or rotating cam and a shape of the cam venusion scanning lever element 9 to a rotational movement of the cam in a linear movement of the lever element 9 convict.
  • the lever element 9 is connected to the membrane 6 in order to set the membrane 6 in motion.
  • a movement, in particular a linear movement, of a lever element 9 or piston connected to the membrane 6 can also take place by other means, for example by forming the drive unit 7 with at least one piezoelectric component, the lever element 9 being deformed by the piezoelectric component or the piston is movable or is moved in order to set the membrane 6 in motion with the lever element 9 or piston.
  • the sound stimulators 5 are detachably connected to the molded part 3.
  • the Schallanre ger 5 can be easily exchanged and / or renewed.
  • the casting mold 2 or the casting mold part 3 it is advantageous for the casting mold 2 or the casting mold part 3 to have ducts into which the sound exciter 5 can be inserted, in particular starting from a side of the casting mold 2 facing away from the cavity 4 of the casting mold 2 or are inserted to positionie the sound stimulator 5 in a working position of the sound stimulator 5. It is useful here if a housing 10 of the
  • Sound stimulator 5 positively and / or non-positively, be preferably liquid-tight, with the casting mold 2 or the casting mold part 3 can be connected.
  • a aforementioned sound exciter 5 can be provided by a for electromagnetic waves Transparent membrane 6 be replaced in order to introduce electromagnetic waves into a material in the mold 2 via the membrane 6. If the device 1 has a transmitting unit for generating electromagnetic waves, it is expedient to introduce electromagnetic waves generated with the transmitting unit into the material via the membrane 6.
  • the device 1 according to the invention or the method according to the invention for producing a component thus enables vibrations, in particular sound waves, in a material filled into a casting mold 2 in an easy-to-use manner, in particular both before and during solidification of the material in the casting mold 2, to bring about an efficient and targeted grain refinement in the material.
  • a shaping of the component is hardly hindered, so that loadable components can be produced with high quality.

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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Herstellung eines metallischen Bauteiles weist eine Gussform (2) auf, in welche fließfähiges, metallisches Material einfüllbar ist, um das Material zur Herstellung des Bauteiles in der Gussform (2) erstarren zu lassen. Die Gussform (2) weist zumindest einen Schallanreger (5) auf oder es ist zumindest ein Schallanreger (5) in der Gussform (2) integriert angeordnet, um mit dem Schallanreger (5) Schwingungen in ein in der Gussform (2) befindliches Material einzubringen. Der Schallanreger (5) ist mit einer Membran (6) und einer Antriebseinheit (7) gebildet, sodass die Membran (6) mit der Antriebseinheit (7) in Bewegung versetzbar ist, um die Schwingungen in das Material einzubringen. Die Antriebseinheit (7) ist mit einer mit der Membran (6) verbundenen Mechanik oder einem mit der Membran (6) verbundenen Aktuator (8) ausgebildet, um die Membran (6) in Bewegung zu versetzen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines metallischen
Bauteiles
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Bauteiles. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteiles.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass es vorteilhaft sein kann, im Rahmen einer Herstellung von Gussbauteilen me tallische Schmelzen mit Ultraschallwellen zu behandeln bzw. Ultraschallwellen in eine metallische Schmelze einzubringen, um die Schmelze zu reinigen und zu entgasen. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass in eine metallische Schmelze einge- brachte Ultraschallwellen außerdem eine Kornfeinung, also ei ne Anregung bzw. Erzeugung einer feinkörnigen Gefügestruktur eines Materials der Schmelze bewirken können.
Kornfeinung basiert üblicherweise auf einer Beeinflussung bzw. gezielten Anregung einer Keimbildung in einem Material, beispielsweise durch geeignete Temperaturbehandlung, insbe sondere Unterkühlung, des Materials oder durch eine Zugabe von keimbildenden Partikeln zum Material. Auf diese Weise kann sowohl eine Festigkeit als auch eine Duktilität eines mit dem Material gebildeten Bauteiles erhöht werden. Im Falle eines Einbringens von Ultraschallwellen in ein Material einer Schmelze wird davon ausgegangen, dass durch die Ultraschall wellen bewirkte Druckschwankungen im Material Ursache für ei ne Keimbildung und Kornfeinung des Materials sind und insbe sondere durch die Ultraschallwellen verursachte Kavitation, also in Gebieten von lokalem Unterdrück und Überdruck bzw. lokalen Druckschwankungen im Material entstehende und wieder kollabierende Dampfblasen, wobei insbesondere hohe Druck- und/oder Temperaturspitzen im Material erzeugt werden können, maßgeblichen Anteil an einer effizienten Kornfeinung hat. Ultraschallbehandlung von Schmelzen stellt damit eine alter native Möglichkeit dar, um mit Kornfeinung mechanische Eigen schaften eines metallischen Materials zu beeinflussen und insbesondere eine Festigkeit und/oder Duktilität des Materi als zu erhöhen.
So hat es sich bewährt, bei einer Herstellung von Gussbautei len eine Behandlung einer metallischen Schmelze mit Ultra schall insbesondere vor oder bei einem Einfüllen der Schmelze in eine Gussform durchzuführen, um auf diese Weise eine Rei nigung der Schmelze und/oder Aktivierung von Keimen in der Schmelze, eine sogenannte Schmelzekonditionierung, durchzu führen .
Beispielsweise offenbart das Dokument AT 502 641 Bl ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur Behandlung einer Schmelze mit Ultraschall, wobei Ultraschallwellen über einen Ultraschall leiter in die Schmelze eingebracht und zusätzlich mit einem Mikrophon gemessen werden, um eine Leistung der Ultraschall wellen anzupassen.
Um einen Prozessablauf bei einer Herstellung von metallischen Gussbauteilen zu vereinfachen, wurden Versuche durchgeführt, in eine Gussform eingefüllte Schmelzen mit Ultraschallwellen zu beaufschlagen. Hierbei wurde meist ein Ultraschallsender durch eine Gussformwand hindurch bis zur bzw. in die Schmelze geführt, um Ultraschallwellen in die Schmelze einzuleiten. Dies hat sich in einer praktischen Anwendung in mehrfacher Hinsicht als wenig praktikabel herausgestellt. Eine Effizienz einer durch Ultraschall verursachten Kornfeinung in einer insbesondere metallischen Schmelze nimmt in der Regel mit steigender Frequenz der Ultraschallwellen zu, während eine Reichweite von Ultraschallwellen in der Schmelze bzw. einem Material der Schmelze in der Regel mit steigender Frequenz, üblicherweise quadratisch mit der Frequenz, der Ultraschall wellen abnimmt. Insbesondere bei einer Herstellung von zu formenden Bauteilen großer Masse kann somit häufig nur ein Bruchteil eines Volumens einer in der Gussform befindlichen Schmelze mit Ultraschallwellen beaufschlagt werden, sodass es schwierig ist, Ultraschallwellen gezielt in für eine Kornfei nung relevante Bereich des Bauteiles einzubringen. Weiter er folgt eine Kornfeinung des Materials der Schmelze besonders ausgeprägt, wenn die Schmelze bzw. das Material während eines Erstarrens der Schmelze mit Schallwellen beaufschlagt wird. Ein in die Schmelze eingefügter Ultraschallsender stellt je doch einen Fremdkörper dar, welcher insbesondere bei begin nendem Erstarren bzw. während eines Erstarrens der Schmelze bzw. des Materials der Schmelze in der Gussform eine Formung des Bauteiles negativ beeinflusst bzw. behindert. Ein weite res Problem stellt eine Abdichtung eines Durchführungskanals, durch welchen ein Ultraschallwandler durch eine Gussformwand hindurchgeführt ist, vor in den Durchführungskanal eindrin gender Schmelze dar. Thermische Expansion bzw. thermische Kontraktion eines durch den Durchführungskanal hindurch ge führten, üblicherweise stabartigen Ultraschallsenders, wel cher häufig zudem mit variierendem Durchmesser entlang dessen Längsausdehnung ausgebildet ist, wenn beispielsweise eine Schmelze mit einer Temperatur mit bis zu 1000 C in die Guss form eingefüllt wird und in dieser abkühlt, führt häufig zu einem Eindringen von Schmelze in den Durchführungskanal, wodurch der Prozessablauf unkontrolliert gestört, der Ultra schallsender festgesetzt und/oder insbesondere eine Gefahren potenzial durch aus der Gussform ausdringender Schmelze gege ben ist. Ferner haben sich übliche Ultraschallsender außerdem aufgrund deren komplexen, in der Regel auf andere Einsatzge- biete ausgelegten, Bauweise als sehr anfällig hinsichtlich einer üblicherweise hohen Temperaturbeaufschlagung durch ins besondere metallische Schmelzen erwiesen.
Hier setzt die Erfindung an. Eine Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, eine Vorrichtung zu schaffen, mit wel cher ein metallisches Bauteil mit optimierten Eigenschaften, insbesondere unter Reduzierung vorgenannter Schwierigkeiten, herstellbar ist.
Weiter ist es ein Ziel, ein Verfahren anzugeben, mit welchem ein metallisches Bauteil mit optimierten Eigenschaften, ins besondere unter Reduzierung vorgenannter Schwierigkeiten, herstellbar ist.
Demnach weist eine Vorrichtung zur Herstellung eines metalli schen Bauteils eine Gussform auf, in welche fließfähiges, me tallisches Material einfüllbar ist, um das Material zur Her stellung des Bauteiles in der Gussform erstarren zu lassen. Die Gussform weist zumindest einen Schallanreger auf oder es ist zumindest ein Schallanreger in der Gussform integriert angeordnet, um mit dem Schallanreger Schwingungen, insbeson dere Schallwellen, in ein in der Gussform befindliches Mate rial einzubringen. Der Schallanreger ist mit einer Membran und einer Antriebseinheit gebildet, sodass die Membran mit der Antriebseinheit in Bewegung versetzbar ist, um die
Schwingungen in das Material einzubringen. Dabei kann die An triebseinheit mit einer mit der Membran verbundenen Mechanik oder einem mit der Membran verbundenen Aktuator ausgebildet sein, um die Membran in beispielsweise periodische Bewegung zu versetzen. Ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteiles mittels einer Gussform, die zumindest einen Schallanreger aufweist oder in welcher zumindest ein Schallanreger inte griert angeordnet ist, der mit einer Membran und einer An triebseinheit gebildet ist, kann umfassen: Einfüllen eines fließfähigen, metallischen Materials in die Gussform; Verset zen der Membran mit der Antriebseinheit über eine mit der Membran verbundene Mechanik oder einen mit der Membran ver bundenen Aktuator in beispielsweise periodische Bewegung, um Schwingungen, insbesondere Schallwellen, in das metallische Material einzubringen; und Erstarren Lassen des metallischen Materials in der Gussform zur Herstellung des metallischen Bauteils .
Die Vorrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass eine For mung eines in die Gussform eingefüllten fließfähigen Materi als zu einem Bauteil möglichst wenig beeinflusst wird, aber Schwingungen, insbesondere Schallwellen, effizient in das Ma terial, insbesondere auch während eines Erstarrens des Mate rials, eingebracht werden können. Das fließfähige Material liegt in der Regel als Schmelze vor und wird in der Gussform zumindest teilweise erstarren gelassen. Bei der Gussform kann es sich um eine Kokille, beispielsweise zum endabmessungsna hen Gießen, handeln.
Indem der Schallanreger mit einer Membran gebildet ist, um die Schwingungen, insbesondere Schallwellen, in das Material einzubringen, kann der Schallanreger eine Formung des Bautei les wenig behindernd in eine bauteilformende Oberfläche der Gussform eingefügt werden. Dadurch wird ermöglicht, den
Schallanreger bzw. dessen Membran an einem kritischen Bereich bzw. in der Nähe eines kritischen Bereiches des zu formenden Bauteiles, welcher bei späteren Einsatzbedingungen des Bau- teiles besonders belastet ist, anzuordnen, ohne eine Erstar rung der Schmelze bzw. deren Materials bei einer Formung ei nes solchen Bereiches über die Maßen zu stören.
Mit der Membran können Schwingungen bzw. Schallwellen insbe sondere gezielt in solche kritischen Bereiche eingebracht werden, um diese bzw. deren Materialeigenschaften zweckange- passt zu optimieren.
Eine vorteilhafte durch Schwingungen, insbesondere Schallwel len, verursachte Kornfeinung und damit Materialoptimierung kann auf diese Weise vor und insbesondere während der Erstar rung der Schmelze bzw. Formung des Bauteiles in der Gussform besonders in einem vorgenannten kritischen Bereich des Bau teiles durchgeführt werden, wobei ein Erstarrungsvorgang des Materials bzw. eine Formung des Bauteiles in der Gussform nur wenig oder bevorzugt gar nicht behindert bzw. gestört wird.
Insbesondere kann die Membran einfach an eine Form bzw. Au ßenfläche des zu formenden Bauteiles angepasst bzw. auf diese abgestimmt ausgebildet sein.
Als weiterer Vorteil einer Bildung des Schallanregers mit ei ner Membran ist zu sehen, dass ein derartiger Schallanreger besonders robust vor allem gegenüber einer durch eine, insbe sondere unmittelbar an der Membran anliegenden, Schmelze ver ursachten Temperaturbelastung ausgestaltet werden kann.
Im Speziellen kann Wärme von der Membran, aufgrund deren üb licherweise großen Oberfläche bzw. in der Regel plattenförmi gen Form, besonders einfach abgeführt werden, sodass eine ef fiziente Kühlung bzw. Temperaturregelung der Membran ermög licht ist. Eine Membran bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zumindest eine Membran vorgesehen ist, aber auch mehrere Membranen vorhanden sein können.
Die Gussform ist in der Regel ausgebildet, ein in die Guss form eingefülltes fließfähiges Material, insbesondere während eines Erstarrens des Materials in der Gussform, zumindest teilweise zu dem Bauteil bzw. einer Form des Bauteiles zu formen, indem das Material in einer durch die Gussform vorge gebene Gestalt bzw. Form zumindest teilweise erstarren gelas sen wird. Eine Außenoberfläche des Bauteiles wird dabei ent sprechend einer Oberfläche der Gussform geformt. Dies wird auch als Formung des Bauteiles bezeichnet.
Es versteht sich, dass dabei im Rahmen von üblichen Gießver fahren und/oder Formguss-Verfahren bzw. Gießvorrichtungen be kannte Maßnahmen bzw. Einrichtungen, wie beispielsweise eine Temperierungsvorrichtung zur aktiven Temperierung, insbeson dere Kühlung, des in die Gussform eingefüllten Materials rea lisiert sein kann.
Eine Membran bezeichnet in diesem Kontext ein flächiges, häu fig plattenförmiges, Bauteil, welches mit einer Antriebsein heit in, bevorzugt periodische, Bewegung versetzbar ist, so- dass durch die Bewegung der Membran in einem Arbeitszustand der Membran Schwingungen, insbesondere Schallwellen, in ein in die Gussform eingefülltes insbesondere fließfähiges Mate rial einbringbar sind.
Bewährt hat es sich dabei, dass die Membran mit einer Platte gebildet ist, wobei gegebenenfalls die Platte als Ganzes und/oder eine in einem Arbeitszustand der Membran einem in die Gussform eingefüllten Material zugewandte Oberfläche der Platte bzw. Membran, insbesondere dem Bauteil angepasst, ge formt bzw. verformt ist.
Insbesondere ist es günstig, wenn die Membran und/oder eine Oberfläche der Membran, im Speziellen eine in einem Arbeits zustand der Membran einem in die Gussform eingefüllten Mate rial zugewandte Oberfläche der Membran, abhängig von einer Größe und/oder Form eines Bereiches, insbesondere eines vor genannten kritischen Bereiches, des zu formenden Bauteiles, in welchen mit dem Schallanreger Schwingungen bzw. Schallwel len eingebracht werden sollen, geformt ist. Dadurch können Schallwellen besonders gezielt in einen solchen Bereich ein gebracht werden.
Die Membran ist bevorzugt als metallische Membran ausgebil det. Bewährt hat es sich, wenn die Membran mit oder aus Stahl, Molybdän oder Wolfram gebildet ist. Bevorzugt ist da bei eine Ausbildung der Membran mit oder aus Molybdän oder Wolfram, um sowohl eine hohe Widerstandsfähigkeit der Membran als auch eine geringe Kontaminationswahrscheinlichkeit des Materials mit der Membran sicherstellen. Alternativ oder ku mulativ ist es für eine hohe Robustheit günstig, wenn die Membran mit oder aus einer Keramik, insbesondere mit Alumini umoxid, bevorzugt AI2O3, gebildet ist.
Eine Arbeitsposition bzw. ein Arbeitszustand des Schallanre gers und/oder der Membran bezeichnet eine Position bzw. einen Zustand des Schallanregers bzw. der Membran, in welchem der Schallanreger bzw. die Membran zur Einbringung von Schwingun gen, insbesondere Schallwellen, in ein in der Gussform be findliches bzw. in die Gussform eingefülltes Materials, ins besondere als Teil der Gussform oder in die Gussform inte griert, angeordnet ist. Eine Bewegung der Membran bezeichnet eine Bewegung der Memb ran als Ganzes oder eines Teilbereiches der Membran. Übli cherweise ist die Bewegung als Oszillation, Schwingung und/oder Vibration der Membran oder eines Teilbereiches der Membran ausgeführt. Bevorzugt ist die Bewegung als, insbeson dere zeitabhängige, Verformung der Membran oder eines Teilbe reiches der Membran ausgeführt. Die Bewegung der Membran kann dabei eine periodische und/oder aperiodische Bewegung bzw. Schwingung sein. Insbesondere kann die Bewegung durch Überla gerung von mehreren Schwingungen unterschiedlicher Frequenz gebildet sein.
Ein besonders effizientes Einbringen von Schwingungen bzw. Schallwellen in das Material ist erreichbar, wenn die Membran derart angeordnet und insbesondere geformt ist, dass ein in die Gussform eingefülltes Material unmittelbar an der Membran anliegt. Vorteilhaft ist es, wenn die Membran einen Teil ei ner das Bauteil formenden Oberfläche darstellt. Dadurch wird ein Erstarren des Materials bzw. Formen des Bauteiles durch den Schallanreger besonders wenig beeinträchtigt, da der Membran gleichzeitig eine das Bauteil formende Funktionalität zukommt . Zweckmäßig ist es hierzu, wenn eine bauteilformende Oberfläche der Membran unmittelbar, bevorzugt stetig, an eine bauteilformende Oberfläche der Gussform anschließt. Bei spielsweise kann die Membran als Teil einer Oberfläche der Gussform, insbesondere als Teil einer das Bauteil formenden Oberfläche der Gussform, ausgebildet oder in diese integriert angeordnet sein.
Günstig ist es, wenn eine Oberfläche der Membran verformt ist, um mit der Membran eine Außenoberfläche des Bauteiles zu formen. Hierzu ist es praktikabel, wenn die Oberfläche der Membran entsprechend einer Form einer Außenoberfläche des zu erstellenden Bauteiles geformt ist.
Bewährt hat es sich, dass die Gussform mehrere Schallanreger aufweist und/oder mehrere Schallanreger in der Gussform inte griert angeordnet sind, welche insbesondere separat voneinan der steuerbar sind. Dadurch können in mehreren Bereichen ei nes mit der Gussform zu erstellenden bzw. formenden Bautei les, insbesondere separat voneinander, Schwingungen, insbe sondere Schallwellen, eingebracht werden, wodurch das Bauteil effizient entsprechend eines späteren Anwendungszwecks des Bauteils optimiert erstellt werden kann. So können in Berei chen des Bauteiles, welche in einem späteren Anwendungszweck des Bauteiles besonders belastet sind, gezielt Schwingungen, insbesondere Schallwellen, eingebracht werden, um zweckopti miert in diesen Bereichen eine Kornfeinung des Materials zu bewirken .
Üblicherweise ist vorgesehen, dass die Gussform mit mehreren relativ zueinander beweglichen Gussformteilen gebildet ist, sodass durch Bewegen der Gussformteile relativ zueinander die Gussform öffenbar und/oder schließbar ist bzw. geöffnet und/oder geschlossen werden kann. Je nach Anwendungszweck können ein oder mehrere Schallanreger in einem Gussformteil oder mehreren Gussformteilen angeordnet sein. Dabei weisen in der Regel Oberflächen der Gussformteile in Kombination mitei nander eine Negativform des zu erstellenden bzw. formenden Bauteiles auf. Üblicherweise wird durch Schließen der Guss formteile eine zum Bauteil korrespondierende Kavität gebil det, in welche das Material zu Herstellung des Bauteiles ein- füllbar bzw. eingefüllt, häufig unter Druck einpressbar bzw. eingepresst, ist bzw. wird. Als günstig hat es sich erwiesen, wenn die Gussform als Ko kille, insbesondere als Stranggusskokille, ausgebildet ist. Eine Stranggusskokille ist eine in der Regel bodenlose Kokil le, in welche das Material einfüllbar ist und durch welche das Material hindurch läuft, um das Material zumindest teil weise erstarren zu lassen und insbesondere dabei zu formen. Mit der Membran können Schwingungen, insbesondere Schallwel len, auch bei einem Prozess eines Stranggießens effizient in das durch eine Kokille bzw. Stranggusskokille durchlaufende Material eingebracht werden, wobei ein Prozess des Stranggie ßens kaum negativ beeinflusst bzw. behindert wird.
Der zumindest eine Schallanreger kann dabei mit der Gussform oder einem Gussformteil eine Einheit bilden. Mit Vorteil kann vorgesehen sein, dass der Schallanreger lösbar mit der Guss form oder einem Gussformteil verbunden ist. Dadurch können Schallanreger einfach ausgewechselt und/oder erneuert werden. Günstig ist es, wenn die Membran des Schallanregers lösbar mit der Gussform bzw. einem Gussformteil und/oder dem Schall anreger verbunden ist. Auf diese Weise ist ermöglicht, dass lediglich die Membran auswechselbar bzw. erneuerbar ist.
Zweckmäßig ist es, wenn eine Verschlusseinrichtung vorgesehen ist, mit welcher der Schallanreger kraftschlüssig und/oder formschlüssig lösbar mit der Gussform, insbesondere einem Gussformteil, verbunden ist. Bewährt hat es sich, dass die Gussform bzw. ein Gussformteil zumindest einen Durchführungs kanal aufweist, in welchen der Schallanreger, insbesondere ausgehend von einer einer Kavität der Gussform abgewandten Seite der Gussform, einfügbar ist, um den Schallanreger in einer Arbeitsposition des Schallanregers zu positionieren. Es versteht sich, dass es günstig sein kann, wenn die Gussform bzw. ein Gussformteil mehrere solche Durchführungskanäle auf weist.
Bewährt hat es sich, dass die Membran flüssigkeitsdicht an die Gussform bzw. eine, insbesondere das Bauteil formende, Oberfläche der Gussform anschließt oder mit dieser verbunden ist. Dies ist insbesondere aufgrund einer in der Regel wenig komplexen geometrischen Form der Membran mit üblichen Mit teln, beispielsweise einer formschlüssigen und/oder stoff schlüssigen und/oder bevorzugt kraftschlüssigen bzw. reib schlüssigen Verbindung der Membran mit der Gussform, einfach umzusetzen .
Ein robuster Aufbau wird erreicht, indem die Antriebseinheit mit einer mit der Membran verbundenen Mechanik oder einem mit der Membran verbundenen Aktuator ausgebildet ist, um die Membran in, bevorzugt periodische, Bewegung zu versetzen. Die Mechanik oder der Aktuator kann dabei beispielsweise mit ei nem oder mehreren bewegbaren Kolben gebildet sein, welche insbesondere mit einem Motor antreibbar sind bzw. angetrieben werden. Der Aktuator ist üblicherweise ausgebildet, elektri sche Signale, insbesondere elektrische Steuersignale, in me chanische Bewegung umzusetzen. Ein praktischer Aufbau wird erreicht, wenn der Aktuator ausgebildet ist, eine Rotations bewegung, beispielsweise eines Motors, in eine Linearbewegung umzusetzen, um die Membran in Bewegung zu versetzen. Hierzu kann der Aktuator beispielsweise mit oder als Kurvengetriebe ausgebildet sein, wobei zum Beispiel mit einer rotierbaren Kurvenscheibe und einem eine Form oder Führung der Kurven scheibe abtastenden Hebelelement eine Rotationsbewegung der Kurvenscheibe in eine Linearbewegung des Hebelelementes über führt wird, um mit dem Hebelelement die Membran in Bewegung zu versetzen. Der Aktuator kann insbesondere mit einem Unwucht-Motor und/oder einem Exzenter-Getriebe ausgebildet sein, um die Membran in Bewegung zu versetzen.
Für einen robusten Aufbau ist es günstig, wenn die Antriebs einheit, insbesondere die Mechanik oder der Aktuator, derart mit der Membran verbunden ist, dass die Antriebseinheit, ins besondere die Mechanik bzw. der Aktuator, die Membran gegen über ein in die Gussform eingefülltes Material bzw. einen durch ein in die Gussform eingefülltes Material verursachten auf die Membran wirkenden Druck, bevorzugt auch bei Still stand der Membran, abstützt. Dies kann praktikabel umgesetzt sein, indem ein Gehäuse der Antriebseinheit, insbesondere ein Gehäuse der Mechanik bzw. des Aktuators, die Membran gegen über ein in die Gussform eingefülltes Material bzw. einen durch ein in die Gussform eingefülltes Material verursachten auf die Membran wirkenden Druck, bevorzugt auch bei Still stand der Membran, abstützt.
Ein Betrieb erfolgt verschleißarm, wenn die Membran pneuma tisch oder hydraulisch mit der Antriebseinheit in, bevorzugt periodische, Bewegung versetzbar ist. Dies kann insbesondere umgesetzt sein, indem die Membran unmittelbar oder mittelbar durch Variieren eines Druckes eines Mediums mit der Antriebs einheit bewegbar ist bzw. bewegt wird. Bewährt hat es sich, dass die Membran in einer Arbeitsposition der Membran an ei ner von einem in die Gussform eingefüllten Material abgewand ten Seite der Membran mit einem Druck eines Mediums beauf schlagt wird, wobei durch Variieren des Druckes des Mediums die Membran mit der Antriebseinheit in, bevorzugt periodi sche, Bewegung versetzbar ist bzw. versetzt wird. Das Medium kann insbesondere unmittelbar an der Membran, insbesondere an einer in einer Arbeitsposition der Membran an einer von einem in die Gussform eingefüllten Material abgewandten Seite der Membran, anliegen, wodurch eine Druckänderung des Medium be sonders effizient in eine Bewegung der Membran überführbar ist. Zweckmäßig ist es, wenn das Medium als Gas, insbesondere Luft, bevorzugt Druckluft, oder als Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder Öl, ausgebildet ist. Insbesondere wenn das Medium unmittelbar an der Membran anliegt, kommt dem Medium eine Wärmeabfuhrfunktionalität bzw. Kühlfunktionalität zu. Es hat sich daher bewährt, dass das Medium mit einer oder als Kühl flüssigkeit ausgebildet ist, wobei eine Kühlung insbesondere mit einem Phasenwechsel, beispielsweise einem Verdampfen, der Kühlflüssigkeit erfolgen kann.
Eine sehr präzise Bewegungssteuerung der Membran ist erreich bar, wenn die Antriebseinheit mit zumindest einem piezoe lektrischen Bauelement gebildet ist, um durch Verformung des piezoelektrischen Bauelementes die Membran mit der Antriebs einheit in, bevorzugt periodische, Bewegung zu versetzen. Günstig ist es, wenn hierzu mehrere piezoelektrische Bauele mente vorgesehen sind.
Ein robuster Betrieb des Schallanregers ist erreichbar, wenn die Membran elektromagnetisch mit der Antriebseinheit in, be vorzugt periodische, Bewegung versetzbar ist. Hierzu kann beispielsweise zumindest ein elektromagnetisch bewegbares Be wegungselement an und/oder in der Membran angeordnet sein, wobei das Bewegungselement mit der Antriebseinheit über elektromagnetische Wechselwirkung bzw. ein insbesondere steu erbares Magnetfeld bewegbar ist. So kann die Antriebseinheit beispielsweise einen oder mehrere Magnete, insbesondere einen oder mehrere Elektromagnete, aufweisen, um das zumindest eine Bewegungselement in Bewegung zu versetzen. Das Bewegungsele- ment kann beispielsweise mit zumindest einem Magneten, insbe sondere einer magnetischen Schicht, oder einem Elektromagne ten gebildet sein.
Vorteilhaft für eine große Reichweite der Schwingungen, ins besondere Schallwellen, im Material ist es, wenn der Schall anreger ausgebildet ist, die Membran in eine, bevorzugt peri odische, Bewegung zu versetzen, welche eine Auslenkung der Membran lediglich in eine Richtung, bevorzugt lediglich in Richtung eines in einer Arbeitsposition der Membran in der Gussform angeordneten Materials, in Bezug auf eine Ruhelage der Membran aufweist.
Günstig für eine ausgeprägte Kornfeinung des Materials ist es, wenn der Schallanreger ausgebildet ist, die Membran in eine, bevorzugt periodische, Bewegung zu versetzen, wobei in Bezug auf eine Ruhelage der Membran eine durchschnittliche Auslenkung der Membran in Richtung eines in einem Arbeitszu stand der Membran in der Gussform befindlichen Materials grö ßer ist als eine durchschnittliche Auslenkung der Membran in einer dieser entgegengesetzter Richtung.
Als praktikabel hat es sich erwiesen, wenn die Membran eine durchschnittliche Dicke größer als 0,1 mm, insbesondere zwi schen 0,1 mm und 1 cm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,8 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,5 mm, aufweist. Für eine besonders ausgeprägte Kornfeinung ist es günstig, wenn die Membran eine durchschnittliche Dicke zwischen 0,1 mm und 1 mm, bevorzugt zwischen 0,1 und 0,5 mm aufweist. Es ver steht sich, dass eine konkrete Dicke insbesondere abhängig von einer konkreten Anwendungssituation, beispielsweise einem Membranmaterial, einer zu erreichenden Frequenz der Schwin- gungen, insbesondere Schallwellen, und/oder einer Temperatur der Schmelze sein kann.
Grundsätzlich können je nach Material bzw. je nach Legierung, mit welcher das Material gebildet ist, Schwingungen, insbe sondere Schallwellen, mit Frequenzen zwischen wenigen Hz und 30 kHz zweckmäßig sein. Günstig ist es entsprechend, wenn der Schallanreger ausgebildet ist Frequenzen zwischen 2 Hz und 30 kHz zu erzeugen. Besonders günstig hat sich hierbei, insbe sondere bei einer Herstellung von Bauteilen mit oder aus Leichtmetalllegierungen, ein Frequenzbereich zwischen 1 kHz und 30 kHz, bevorzugt 10 kHz und 25 kHz, besonders bevorzugt zwischen 15 kHz und 20 kHz, erwiesen.
Mit Vorteil kann vorgesehen sein, dass der Schallanreger aus gebildet ist, Schwingungen, insbesondere Schallwellen, mit mehreren Frequenzen und/oder Frequenzbändern zeitparallel zu erzeugen. Dadurch kann ein Auftreten von Schwingungen, insbe sondere Schallwellen, in Form von stehenden Wellen in der Gussform bzw. zwischen Gussformwänden bzw. einem in einem Ar beitszustand in die Gussform eingefüllten Material vermindert bzw. unterbunden werden.
Es hat sich bewährt, dass eine Kühlvorrichtung vorhanden ist, um die Membran insbesondere mit einem Kühlmedium, insbesonde re Druckluft, bevorzugt Wasser oder Öl, zu kühlen. Die Memb ran bzw. der Schallanreger ist dadurch vor einer in der Regel hohen Temperatur der Schmelze schützbar, da Wärme effektiv von der Membran abführbar ist. Das Kühlmedium kann als Gas oder Flüssigkeit ausgebildet sein, welche (s) geeignet ist, Wärme effizient aufzunehmen. Zweckmäßig kann das Kühlmedium beispielsweise mit bzw. als Argon oder Helium gebildet sein. Eine besonders ausgeprägte Kühlung ist erreichbar, wenn das Kühlmedium mit bzw. als Wasser oder Öl ausgebildet ist. Be währt hat es sich, dass die Kühlvorrichtung mit Kühlkanälen zur Führung des Kühlmediums gebildet ist, wobei die Kühlkanä le innerhalb der Membran und/oder auf der Membran und/oder in unmittelbarer Nähe der Membran angeordnet sind, um die Memb ran zu kühlen. Die Kühlvorrichtung kann insbesondere ausge bildet sein, eine Kühlung mit einem Phasenwechsel, beispiels weise einem Verdampfen, des Kühlmediums durchzuführen.
Günstig ist es, wenn die Vorrichtung zumindest einen bewegli chen Verdichtungskörper, auch Squeeze-Pin genannt, aufweist, um ein in der Gussform erstarrendes Material mit dem Verdich tungskörper zu komprimieren bzw. zu verdichten. Der Verdich tungskörper ist ausgebildet, durch Drücken bzw. Pressen des Verdichtungskörpers gegen das, insbesondere erstarrende, Ma terial einen lokalen Überdrück im Material zu erzeugen, um besonders durch im Rahmen von Schwindungen des Materials bei einem Abkühlen des Materials in der Gussform entstehende Po ren und/oder Lufteinschlüsse im Material zu reduzieren. Übli cherweise wird der Verdichtungszylinder mit einer Hydraulik, insbesondere einem Hydraulikzylinder, angetrieben bzw. be wegt. Günstig ist es, wenn der Verdichtungskörper als Schall leiter ausgebildet ist, um Schwingungen, insbesondere Schall wellen, während eines Komprimierens des Materials mit dem Verdichtungskörper in das Material einzubringen. Mit Vorteil kann vorgesehen sein, dass der Schallanreger als Verdich tungskörper ausgebildet ist, um ein in der Gussform erstar rendes Material zu komprimieren bzw. zu verdichten. Dadurch kann die Funktionalität eines Verdichtungskörpers bzw. Squee- ze-Pins mit jener des Schallanregers kompakt kombiniert wer den. Hierzu kann der Schallanreger steuerbar bewegbar, insbe sondere hydraulisch bewegbar, ausgebildet sein, um durch Be wegen des Schallanregers einen Druck auf ein in die Gussform eingefülltes und insbesondere in der Gussform erstarrendes Material auszuüben.
Von Vorteil ist es, wenn eine Temperierungseinrichtung vor handen ist, um die Gussform und/oder ein in die Gussform ein gefülltes Material zu temperieren. Zweckmäßig kann die Tempe rierungseinrichtung als Heizeinrichtung und/oder Kühleinrich tung ausgebildet sein, um die Gussform und/oder ein in die Gussform eingefülltes Material zu heizen bzw. zu kühlen. Dadurch kann ein Abkühlungsprozess eines in die Gussform ein gefüllten Materials gezielt gesteuert werden.
Als alternative oder kumulative Variante, Kornfeinung in ei nem in eine Gussform eingefüllten Material zu bewirken, hat sich ein Einbringen von elektromagnetischen Wellen in das Ma terial herausgestellt. Vorteilhaft können in das Material eingebrachte elektromagnetische Wellen mechanische Schwingun gen, insbesondere Schallwellen, des Materials bzw. im Materi al und infolge ein Kornfeinung des Materials bewirken. Dies kann insbesondere zusätzlich oder alternativ zu einem Ein bringen von Schwingungen bzw. Schallwellen in das Material durch Bewegung einer Membran durchgeführt werden.
Günstig ist es deshalb, wenn die Membran transparent für elektromagnetische Wellen ist, um über die Membran elektro magnetische Wellen in ein in der Gussform befindliches Mate rial einzubringen. Eine robuste Ausbildung wird erreicht, wenn die Membran mit bzw. aus Keramik, insbesondere Alumini umoxid, bevorzugt AI2O3, gebildet ist. Zweckmäßig ist es, wenn eine Sendeeinheit zur Erzeugung von elektromagnetischen Wellen vorhanden ist, um die elektromagnetischen Wellen über die Membran in das Material einzubringen. Mit Vorteil kann zumindest eine weitere Membran vorhanden sein, welche als Teil der Gussform oder in die Gussform inte griert angeordnet ist, wobei die weitere Membran transparent für elektromagnetische Wellen ausgebildet ist, um über bzw. durch die Membran elektromagnetische Wellen in ein in der Gussform befindliches Material einzubringen. Praktikabel ist es dabei, wenn die Vorrichtung oder die Gussform eine Sende einheit zur Erzeugung von elektromagnetischen Wellen auf weist, welche derart angeordnet ist, dass über die weitere Membran mit der Sendeeinheit erzeugte elektromagnetische Wel len in das Material einbringbar sind. Es versteht sich, dass mehrere derartige weitere Membrane und/oder Sendeeinheiten vorhanden sein können.
Nutzbringend kann somit in einer alternativen AusführungsVa riante der Vorrichtung der Schallanreger durch eine für elektromagnetische Wellen transparente Membran ersetzt sein. Vorteilhaft ist es also, wenn eine Vorrichtung zur Herstel lung zumindest eines insbesondere metallischen Bauteiles um gesetzt ist, aufweisend eine Gussform, in welche fließfähi ges, insbesondere metallisches, Material einfüllbar ist, um das Material zur Herstellung des Bauteiles in der Gussform erstarren zu lassen, wobei die Gussform zumindest eine Memb ran, welche transparent für elektromagnetische Wellen ist, aufweist, um über die Membran elektromagnetische Wellen in ein in der Gussform befindliches Material einzubringen.
Zweckmäßig ist es, wenn die Vorrichtung eine Sendeeinheit zur Erzeugung von elektromagnetischen Wellen aufweist, um mit der Sendeeinheit erzeugte elektromagnetischen Wellen über die Membran in das Material einzubringen. Eine Herstellung bzw. Formung des Bauteiles wird besonders wenig gestört, wenn die Membran dabei einen Teil einer das Bauteil formenden Oberflä che darstellt. Eine effiziente Kornfeinung ist erreichbar, wenn die Gussform mehrere Membrane, welche transparent für elektromagnetische Wellen sind, aufweist, um über die Membra ne elektromagnetische Wellen in ein in der Gussform befindli ches Material einzubringen. Eine robuste Ausbildung wird er reicht, wenn die Membran mit bzw. aus Aluminiumoxid, bevor zugt AI2O3, gebildet ist. Eine Membran bezeichnet im Rahmen dieser alternativen Ausführungsvariante damit ein flächiges, häufig plattenförmiges, Bauteil, welches transparent für elektromagnetische Wellen ist, sodass über die Membran bzw. durch die Membran hindurch elektromagnetische Wellen in ein in die Gussform eingefülltes insbesondere fließfähiges Mate rial einbringbar sind. Die Membran kann insbesondere als Teil der Gussform oder in die Gussform integriert angeordnet sein.
Insbesondere kann eine derartige Vorrichtung mit einer für elektromagnetische Wellen transparenten Membran, im Speziel len ein Material, eine Gussform und/oder eine für elektromag netische Wellen transparente Membran einer derartigen Vor richtung, vorteilhaft entsprechend bzw. analog den Merkmalen, Vorteilen und Wirkungen, welche im Rahmen einer Vorrichtung zur Herstellung eines insbesondere metallischen Bauteiles un ter Verwendung von Schallanregern, im Besonderen vorstehend, beschrieben sind, ausgebildet sein.
Das weitere Ziel der Erfindung wird bei einem Verfahren der eingangs genannte Art erreicht, wobei das Verfahren insbeson dere mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbar ist, wenn der Schallanreger mit einer Membran und einer An triebseinheit gebildet ist, wobei die Membran mit der An triebseinheit in, bevorzugt periodische, Bewegung versetzt wird, um die Schwingungen, insbesondere Schallwellen, in das Material einzubringen. Wie vorstehend dargelegt, kann dadurch der Schallanreger eine Formung des Bauteiles wenig behindert in eine bauteilformende Oberfläche der Gussform eingefügt sein bzw. werden, sodass insbesondere in einem anwendungskritischen Bereich des zu formenden bzw. erstellenden Bauteiles, welcher bei späteren Einsatzbedingungen des Bauteiles besonders belastet ist, Schwingungen, insbesondere Schallwellen, mit dem Schallanre ger eingebracht werden können. Insbesondere kann ein derarti ger Schallanreger mit einer Membran besonders robust und tem peraturbeständig ausgebildet werden und ermöglicht vor allem eine effiziente Kühlung der Membran. Weiter können über die Membran Schwingungen, insbesondere Schallwellen, besonders effizient in das in die Gussform eingefüllte Material einge bracht werden, insbesondere bei gleichzeitig stark verminder ter Störung einer Formung des Bauteiles während eines Erstar- rens des Materials in der Gussform.
Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren ent sprechend bzw. analog den Merkmalen, Vorteilen und Wirkungen, welche im Rahmen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Her stellung eines Bauteiles, insbesondere vorstehend, beschrie ben sind, ausgebildet sein kann. Analoges gilt auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung im Hinblick auf ein, insbesonde re nachstehend beschriebenes, erfindungsgemäßes Verfahren.
Je nach Material, Volumen eines Bereiches des Materials, in welchen Schwingungen, insbesondere Schallwellen, eingebracht werden sollen, oder Ausmaß einer zu erreichenden Kornfeinung im Material kann es günstig sein, wenn mit dem Schallanreger bzw. der Membran Schwingungen, insbesondere Schallwellen, vor einem Erstarren und/oder während eines Erstarrens des Materi als in das Material eingebracht werden. Insbesondere wenn ei ne ausgeprägte Kornfeinung, besonders bei einem Bauteil gro- ßer Masse, erreicht werden soll, hat es sich bewährt, dass mit dem Schallanreger bzw. der Membran Schwingungen, insbe sondere Schallwellen, vor einem Erstarren und während eines Erstarrens des Materials in das Material eingebracht werden.
Zweckmäßig für eine praktikable Kornfeinung ist es, wenn mit dem Schallanreger Schwingungen, insbesondere Schallwellen, mit einer Frequenz zwischen 2 Hz und 30 kHz, insbesondere zwischen 1 kHz und 30 kHz, bevorzugt zwischen 10 kHz und 25 kHz, besonders bevorzugt zwischen 15 kHz und 20 kHz, erzeugt bzw. in das Material eingebracht werden.
Um ein Auftreten von Schwingungen, insbesondere Schallwellen, in Form von stehenden Wellen in der Gussform bzw. einem in die Gussform eingefüllten Material zu verhindern, ist es günstig, wenn mit dem Schallanreger Schwingungen, insbesonde re Schallwellen, mit mehreren Frequenzen und/oder Frequenz bändern zeitparallel erzeugt bzw. in das Material eingebracht werden .
Eine besonders effiziente Kornfeinung, insbesondere bei gleichzeitig geringer negativer Beeinflussung einer Formung des Bauteiles, ist erreichbar, wenn das Material mit einem Leichtmetall bzw. einer Leichtmetalllegierung gebildet ist. Vorteilhaft ist es, wenn das Material mit einer bzw. als Alu miniumbasislegierung oder Magnesiumbasislegierung ausgebildet ist. Das Material kann dabei insbesondere mit Bronze, Mes sing, Zinn und/oder Zink gebildet sein. Besonders praktikabel ist es, wenn das Material mit oder aus einer Magnesium- Aluminium-Zink-Legierung gebildet ist. Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus dem nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel. In den Zeich nungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Herstellung zumin dest eines insbesondere metallischen Bauteiles. Die Vorrich tung 1 umfasst eine mehrteilige Gussform 2, aufweisend zwei relativ zueinander beweglich Gussformteile 3. Durch Bewegen der Gussformteile 3 relativ zueinander ist die Gussform 2 öf fenbar bzw. schließbar. Oberflächen der Gussformteile 3 sind derart geformt, dass diese in Kombination miteinander eine Negativform des zu erstellenden Bauteiles aufweisen. Im ge schlossenen Zustand der Gussform 2 bilden die Gussformteile 3 eine zum Bauteil korrespondierende Kavität 4, in welche fließfähiges, insbesondere metallisches, Material einfüllbar ist, um das Bauteil zu bilden, indem das fließfähige Material in der Gussform 2 bzw. Kavität 4 erstarren gelassen wird. Das Material wird häufig bei geschlossener Gussform 2 über einen Anguss oder eine Düse in die Kavität 4 der Gussform 2 einge füllt bzw. eingepresst, dargestellt in Fig. 1 mit Pfeil A.
In Fig. 1 ersichtlich dargestellt sind mehrere, insbesondere zwei, Schallanreger 5, welche in einer der Gussformteile 3 integriert angeordnet sind, um mit den Schallanregern 5
Schwingungen, insbesondere Schallwellen, in ein in der Guss form 2 eingefülltes bzw. befindliches Material einzubringen. Es versteht sich, dass je nach Anwendungsbedingungen Schall anreger 5 auch in unterschiedlichen Gussformteilen 3 angeord net sein können. Ein Schallanreger 5 ist mit einer Membran 6 und einer Antriebseinheit 7 gebildet, sodass die Membran 6 mit der Antriebseinheit 7 in, bevorzugt periodische, Bewegung versetzbar ist, um die Schwingungen, insbesondere Schallwel len, in das Material einzubringen. Die Membran 6 eines jewei ligen Schallanregers 5 ist derart in der Gussform 2 angeord net, dass ein in die Gussform 2 eingefülltes Material unmit telbar an der Membran 6 bzw. einer Oberfläche der Membran 6 anliegt, wobei die Membran 6 bzw. deren Oberfläche einen Teil einer das Bauteil formenden Oberfläche darstellt. Dadurch können Schwingungen, insbesondere Schallwellen, vor und ins besondere während eines Erstarrens eines Materials in der Gussform 2 in das Material eingebracht werden, ohne eine Formgebung des Bauteiles durch den Schallanreger 5 zu beein trächtigen. Vor allem können Schwingungen bzw. Schallwellen dadurch effizient in Bereiche des mit dem Material zu formen den Bauteiles eingebracht werden, welche hinsichtlich eines späteren Anwendungseinsatzes des Bauteiles als besonders kri tisch zu betrachten sind, beispielsweise Bereiche des zu for mende Bauteiles, welche im Anwendungseinsatz des Bauteiles besonders belastet sind. Derartigen Bereichen kommt bei einer Herstellung des Bauteiles üblicherweise besondere Aufmerksam keit zu, da diese in der Regel mit möglichst reduzierten Stö rungseinflüssen geformt werden müssen, um eine hohe Qualität und Belastbarkeit des Bauteiles sicherzustellen.
Um einen robusten Aufbau zu erreichen, sind die Antriebsein heiten 7 der in Fig. 1 dargestellten Schallanreger 5 jeweils mit einer mit der Membran 6 verbundenen Mechanik oder einem mit der Membran 6 verbundenen Aktuator 8 ausgebildet, um die Membran 6 in Bewegung zu versetzen. Zweckmäßig ist es dabei, wenn eine Antriebseinheit 7 mit einem Aktuator 8 ausgebildet ist, welcher eine Rotationsbewegung eines Drehelementes in eine Linearbewegung übersetzt, um die Membran 6 in Bewegung zu versetzen. Wie in Fig. 1 bei einem der Schallanreger 5 er sichtlich, kann der Aktuator 8 hierzu mit einer rotierbaren bzw. rotierenden Kurvenscheibe und einem eine Form der Kur venscheibe abtastenden Hebelelement 9 gebildet sein, um eine Rotationsbewegung der Kurvenscheibe in eine Linearbewegung des Hebelelementes 9 zu überführen. Das Hebelelement 9 ist dabei mit der Membran 6 verbunden, um die Membran 6 in Bewe gung zu versetzen. Alternativ kann eine Bewegung, insbesonde re eine Linearbewegung, eines mit der Membran 6 verbundenen Hebelelementes 9 oder Kolbens auch mit anderen Mitteln erfol gen, beispielsweise indem die Antriebseinheit 7 mit zumindest einem piezoelektrischen Bauelement gebildet ist, wobei durch Verformung des piezoelektrischen Bauelementes das Hebelele ment 9 oder der Kolben bewegbar ist bzw. bewegt wird, um mit dem Hebelelement 9 bzw. Kolben die Membran 6 in Bewegung zu versetzen .
Vorteilhaft ist es, wenn die Schallanreger 5 lösbar mit dem Gussformteil 3 verbunden sind. Dadurch können die Schallanre ger 5 einfach ausgewechselt und/oder erneuert werden. Wie in Fig. 1 ersichtlich, ist es hierzu günstig, wenn die Guss form 2 bzw. das Gussformteil 3 Durchführungskanäle aufweist, in welche die Schallanreger 5, insbesondere ausgehend von ei ner der Kavität 4 der Gussform 2 abgewandten Seite der Guss form 2, einfügbar bzw. eingefügt sind, um den Schallanreger 5 in einer Arbeitsposition des Schallanregers 5 zu positionie ren. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn ein Gehäuse 10 des
Schallanregers 5 formschlüssig und/oder kraftschlüssig, be vorzugt flüssigkeitsdicht, mit der Gussform 2 bzw. dem Guss formteil 3 verbindbar ist.
In einer alternativen Ausführungsvariante kann ein vorgenann ter Schallanreger 5 durch eine für elektromagnetische Wellen transparente Membran 6 ersetzt sein, um über die Membran 6 elektromagnetische Wellen in ein in der Gussform 2 befindli ches Material einzubringen. Zweckmäßig ist es dann, wenn die Vorrichtung 1 eine Sendeeinheit zur Erzeugung von elektromag- netischen Wellen aufweist, mit der Sendeeinheit erzeugte elektromagnetischen Wellen über die Membran 6 in das Material einzubringen .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles ermöglicht damit auf leicht zu handhabende Weise Schwingungen, insbesondere Schallwellen, in ein in eine Gussform 2 eingefülltes Materi al, insbesondere sowohl vor als auch während eines Erstarrens des Materials in der Gussform 2, einzubringen, um effizient und gezielt eine Kornfeinung im Material zu bewirken. Eine Formung des Bauteiles wird dabei kaum behindert, sodass be lastbare Bauteile mit hoher Qualität herstellbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Herstellung eines metallischen Bau teiles, aufweisend:
eine Gussform (2), in welche fließfähiges, metallisches Material einfüllbar ist, um das Material zur Herstellung des Bauteiles in der Gussform (2) erstarren zu lassen, wobei die Gussform (2) zumindest einen Schallanreger (5) aufweist oder zumindest ein Schallanreger (5) in der Gussform (2) in tegriert angeordnet ist, um mit dem Schallanreger (5) Schwin gungen in ein in der Gussform (2) befindliches Material ein zubringen, und wobei
der Schallanreger (5) mit einer Membran (6) und einer Antriebseinheit (7) gebildet ist, sodass die Membran (6) mit der Antriebseinheit (7) in Bewegung versetzbar ist, um die Schwingungen in das Material einzubringen, wobei
die Antriebseinheit (7) mit einer mit der Membran (6) verbundenen Mechanik oder einem mit der Membran (6) verbunde nen Aktuator (8) ausgebildet ist, um die Membran (6) in Bewe gung zu versetzen.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) derart angeordnet ist, dass ein in die Gussform (2) eingefülltes Material unmittelbar an der Membran (6) anliegt.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Membran (6) einen Teil einer das Bauteil formenden Oberfläche darstellt.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (2) mehrere Schall- anreger (5) aufweist und/oder mehrere Schallanreger (5) in der Gussform (2) integriert angeordnet sind.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Schallanreger (5) separat voneinander steu erbar sind.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) pneumatisch oder hydraulisch mit der Antriebseinheit (7) in Bewegung versetz bar ist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (7) mit zu mindest einem piezoelektrischen Bauelement gebildet ist, um durch Verformung des piezoelektrischen Bauelementes die Memb ran (6) mit der Antriebseinheit (7) in Bewegung zu versetzen.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) elektromagne tisch mit der Antriebseinheit (7) in Bewegung versetzbar ist.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallanreger (5) ausgebil det ist, die Membran (6) in eine Bewegung zu versetzen, wel che eine Auslenkung der Membran (6) lediglich in eine Rich tung, nämlich lediglich in Richtung eines in einer Arbeitspo sition der Membran (6) in der Gussform (2) angeordneten Mate rials, in Bezug auf eine Ruhelage der Membran (6) aufweist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallanreger (5) ausgebil det ist, die Membran (6) in eine Bewegung zu versetzen, wobei in Bezug auf eine Ruhelage der Membran (6) eine durchschnitt liche Auslenkung der Membran (6) in Richtung eines in einem Arbeitszustand der Membran (6) in der Gussform (2) befindli chen Materials größer ist als eine durchschnittliche Auslen kung der Membran (6) in einer dieser entgegengesetzter Rich tung .
11. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) eine durch schnittliche Dicke größer als 0,1 mm oder zwischen 0,1 mm und 0,8 mm aufweist.
12. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlvorrichtung vorhanden ist, um die Membran (6) mit einem Kühlmedium zu kühlen.
13. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteiles mittels einer Gussform (2), die zumindest einen Schallanreger
(5) aufweist oder in welcher zumindest ein Schallanreger (5) integriert angeordnet ist, der mit einer Membran (6) und ei ner Antriebseinheit (7) gebildet ist, wobei das Verfahren um fasst:
Einfüllen eines fließfähigen, metallischen Materials in die Gussform (2);
Versetzen der Membran (6) mit der Antriebseinheit (7) über eine mit der Membran (6) verbundene Mechanik oder einen mit der Membran (6) verbundenen Aktuator (8) in Bewegung, um Schwingungen in das metallische Material einzubringen; und
Erstarren Lassen des metallischen Materials in der Guss form (2) zur Herstellung des metallischen Bauteils.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schallanreger (5) und der Membran (6) Schwingungen vor einem Erstarren und/oder während eines Erstarrens des me tallischen Materials in das metallische Material eingebracht werden .
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich net, dass mit dem Schallanreger (5) Schwingungen mit einer Frequenz zwischen 2 Hz und 30 kHz, insbesondere zwischen 1 kHz und 30 kHz, erzeugt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schallanreger (5) Schwingungen mit mehreren Frequenzen und/oder Frequenzbändern zeitparallel erzeugt und/oder in das Material eingebracht werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114752797A (zh) * 2022-04-25 2022-07-15 西北工业大学 一种分频谱多维度超声处理制备Mg-Y-Al稀土镁合金的方法和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3117356A (en) * 1960-11-21 1964-01-14 Adams Millis Corp Methods of die casting
US3181211A (en) * 1962-05-16 1965-05-04 Adams Millis Corp Die casting with ultrasonic vibration
JPS60250866A (ja) * 1984-05-25 1985-12-11 Toshiba Mach Co Ltd ダイカスト機
US20040177942A1 (en) * 2001-01-12 2004-09-16 Mason Douglas P. Method and apparatus for vibration casting of vehicle wheels
AT502641B1 (de) 2006-04-10 2007-05-15 Arc Seibersdorf Res Gmbh Verfahren und vorrichtung zur behandlung einer schmelze mit ultraschall

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3117355A (en) * 1962-06-04 1964-01-14 Adams Millis Corp Apparatus for improvement of die castings by vibration
US3447480A (en) * 1967-07-24 1969-06-03 Bodine Albert G Method and apparatus for gravity flow casting utilizing sonic energization
JP5068835B2 (ja) * 2010-03-24 2012-11-07 ジヤトコ株式会社 鋳造装置及び鋳造方法
CN104084567B (zh) * 2014-06-30 2016-10-05 华南理工大学 基于功率超声与压力耦合的金属熔体处理方法
CN106929704B (zh) * 2017-03-09 2018-08-21 太原理工大学 一种纳米碳化钛颗粒增强生物镁基复合材料的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3117356A (en) * 1960-11-21 1964-01-14 Adams Millis Corp Methods of die casting
US3181211A (en) * 1962-05-16 1965-05-04 Adams Millis Corp Die casting with ultrasonic vibration
JPS60250866A (ja) * 1984-05-25 1985-12-11 Toshiba Mach Co Ltd ダイカスト機
US20040177942A1 (en) * 2001-01-12 2004-09-16 Mason Douglas P. Method and apparatus for vibration casting of vehicle wheels
AT502641B1 (de) 2006-04-10 2007-05-15 Arc Seibersdorf Res Gmbh Verfahren und vorrichtung zur behandlung einer schmelze mit ultraschall

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114752797A (zh) * 2022-04-25 2022-07-15 西北工业大学 一种分频谱多维度超声处理制备Mg-Y-Al稀土镁合金的方法和装置
CN114752797B (zh) * 2022-04-25 2022-08-26 西北工业大学 一种分频谱多维度超声处理制备Mg-Y-Al稀土镁合金的方法和装置

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