Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung zur Herstellung von Metall-Matrix- Komposit-Werkstoffen, die eine jeweils in eine Fließrichtung der Gießvorrichtung geneigte Schmelzeleitung mit einer Fließbahn für eine Metallschmelze und eine Partikelzuführeinrichtung zum Zuführen von Feststoffpartikeln zu der Metallschmelze aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Gießverfahren zur Herstellung von Metall-Matrix-Komposit- Werkstoffen, bei dem einer Metallschmelze Feststoffpartikel zugeführt werden, während die Metallschmelze in einem kontinuierlichen Fluss in einer Schmelzeleitung hinabfließt.

Metall-Matrix-Komposit-Werkstoffe (MMC) sind Feststoffpartikel enthaltende Metalle oder Metalllegierungen. Solche partikel verstärkten Metalle oder Metalllegierungen bieten gegenüber ihren unverstärkten Varianten eine wesentlich höhere Verschleißbeständigkeit und/oder eine erhöhte Festigkeit, insbesondere eine erhöhte Warmfestigkeit.

Die in MMC-Werkstoffen verwendeten Feststoffpartikel können beispielsweise Keramikpartikel sein. Die Feststoff partikel können aus Metalloxid(en), vorzugsweise Aluminiumoxid, Metallnitrid(en), Metallcarbid(en), vorzugsweise Siliziumcarbid, Metallsilizid(en), und/oder Glas bestehen. Metall-Matrix-Komposit-Werkstoffe, insbesondere Aluminium- Matrix-Kom posit- Werkstoffe (AMC), wurden erstmals in den frühen 1970er Jahren kommerziell betrachtet. Die Motivation kam vorrangig aus dem Bedarf nach leistungsfähigeren Leichtbauwerkstoffen für die Luft- und Raumfahrt sowie für militärische Anwendungen. Ende der 1980er Jahre führte die Forschung zu ersten praktikablen Herstellungsverfahren.

Trotzdem sind bisher nur wenige kommerzielle Anwendungen von MMC erschlossen, da eine zu geringe Robustheit der etablierten MMC-Produktionsprozesse trotz aufwändiger Prozessführung zu schwankenden Werkstoffqualitäten und zusätzlichen Nachbearbeitungsaufwendungen der MMC-Produkte und damit bislang zu hohen MMC-Werkstoff- kosten führen. Daher sind MMC-Werkstoffe trotz ihres großen Anwendungspotenzials nur in Nischenanwendungen oder High-End-Technologien zu finden. Momentan ist nicht absehbar, dass einer der weltweit agierenden Anbieter von MMC-Werkstoffen die Hürde des erforderlichen Kosten-Nutzen-Verhältnisses für eine Großserienfertigung überwindet.

Es existieren derzeit nur einige wenige Lösungen zur Einbringung von Partikeln in eine vollständig flüssige Metallschmelze. Die dabei bestehenden Probleme ergeben sich durch die sich auf der Metallschmelze ausbildende Oxidschicht, die ein Einsinken der Partikel verhindert, das Einmischen von Oberflächenoxiden in die Metallschmelze sowie die ungleichmäßige Verteilung und Benetzung der Partikel in der Metallschmelze.

Aus der Druckschrift US 4,786,467 B1 stammt die Idee, die Partikel im Vakuum in eine bereits vorbereitete Schmelze zu geben und mittels Rührer darin zu verteilen. Der mehrere übereinander angeordnete Rührarme aufweisende Rührer sorgt dafür, dass die Scherkräfte für eine Benetzung hinreichend groß sind.

Bei der in der Druckschrift US 6,547,850 B1 beschriebenen Rührtechnologie werden die Partikel über einen hohlen Rührer unter die Schmelzeoberfläche in einen Schmelztiegel eingebracht und zeitgleich durch den Rührer in Rotation versetzt. Damit wird die Herausforderung, dass die Partikel die Oxidschicht, die sich auch im Vakuum ausbildet, durchbrechen müssen, gemeistert. Durch die Rotation ergibt sich zudem eine homogene Verteilung und Benetzung der Partikel in der Metallschmelze.

Auch in der Druckschrift US 6,253,831 B1 ist die Zugabe von Partikeln in eine in einem Tiegel befindliche Schmelze beschrieben, wobei hier nur ein Teil des Gesamtsystems, d. h. der Tiegel und die Mischeinheit, im Vakuum betrieben wird. Das Vermischen von Schmelze und Partikeln wird durch eine Kombination aus Ultraschallbehandlung und elektromagnetischem Rühren mittels Induktionsspulen realisiert.

In der Druckschrift US 7,509,993 B1 wird zunächst eine Matrixlegierung in einem Tiegel erschmolzen, anschließend erfolgt eine Zugabe von Nanopartikeln. Damit diese in die Matrix eingebettet werden können, erfolgt eine Schmelzebehandlung mittels Vibration oder Ultraschall. Damit wird nicht nur eine homogene Verteilung und Benetzung erreicht, sondern auch die Abkühlung unterstützt und somit die Verbundschmelze in einen teilerstarrten, d. h. breiigen bis teigigen, Zustand überführt. Die teilerstarrte MMC-Schmelze soll im Nachgang für das Thixoforming genutzt werden, um direkt Bauteile mit verbesser- ten mechanischen Eigenschaften durch Kombination von Ur- und Umformung zu erzeugen.

Die oben aufgeführten bekannten Technologien sind sämtlich Batchlösungen, die auf diskontinuierlicher Prozessführung basieren und in ihrer Reproduzierbarkeit Schwächen aufweisen oder nur schwer für eine kontinuierliche Prozessführung modifizierbar sind.

Da die jeweiligen Batch-Technologien zumeist unter Vakuum erfolgen, wird entsprechend ein abgeschlossenes Behältnis benötigt. Bei Matenalnachfüllung muss das Vakuum aufgelöst, Rohmaterial nachgelegt, dann der Schmelzebehälter wieder evakuiert und das Vakuum wieder eingestellt werden.

In der Druckschrift DE 692 23 950 T2 ist ein Rührgießprozess für eine kontinuierliche Herstellung von Metallmatrixverbundmaterial beschrieben, bei dem mehrere Mischstufen zum Einsatz kommen, wobei in jeder der Mischstufen das geschmolzene Metall mit dem darin eingebrachten teilchenförmigen Material beispielsweise mit einem Dispersionsrührflügel zur Erzielung einer ausreichenden Scherung des geschmolzenen Metalls gegen das teilchenförmige Material vermischt wird, bis eine ausreichende Benetzung der Teilchen mit dem Metall erfolgt ist. Dieser Prozess ist jedoch sehr aufwändig.

Ein anderer kontinuierlicher Prozess zur Erzeugung von Verbundwerkstoffschmelzen ist in der Druckschrift EP 3 586 999 A1 aufgezeigt. Dabei liegt der Fokus auf einer Inline- Ultraschallbehandlung zur homogenen Verteilung und Benetzung der Feststoffzugabe in einer Metallschmelze. Diese Ultraschallbehandlung hat auch hier wieder die Funktion, die Schmelzetemperatur zu senken, um das semi-flüssige Verbundmaterial in Druckgussmaschinen weiterzuverarbeiten.

Diese Technologie besitzt den Nachteil, dass hier die Ultraschalleinwirkung auf die mit den Partikeln beaufschlagte Schmelze nur dann erfolgt, wenn die Schmelze an den jeweiligen Sonotroden vorbeifließt. Durch die zeitlich begrenzte Einwirkdauer und den örtlich begrenzten Wirkbereich kann mit dieser Technologie die gewünschte homogene Durchmischung nur dann im gesamten Material erreicht werden, wenn die Ultraschallbehandlung mit hoher Frequenz und/oder sehr zeitintensiv erfolgt. Wenn ein solcher Prozess an Normalatmosphäre stattfindet, ist zudem mit einer Oxidation der Schmelzeoberfläche zu rechnen, wodurch die Feststoffeinbringung erschwert wird und bei der Ultraschallbehandlung die Oxidationsprodukte der Metallschmelze in die Schmelze eingemischt werden können.

Die mit dem eingesetzten Vakuum verbundenen Nachteile der Batch-Lösungen entfallen bei kontinuierlichen Prozessen. Stattdessen kann bei kontinuierlichen Prozessen zu jedem Zeitpunkt Rohmaterial nachgefüllt werden. Dies geschieht allerdings auf Kosten von Verunreinigungen im oberflächennahen Schmelzebereich.

Desweiteren existiert im Stand der Technik der Ansatz, den jeweiligen Schmelzestrom mittels eines kaskadenförmig aufgebauten Rinnensystems in mehrere Teilschmelzeströme mit dem Ziel aufzuspalten, die Oberfläche der Teilschmelzeströme im Vergleich zum ursprünglichen Gesamtschmelzestrom stark zu vergrößern und in diese Feststoffpartikel einrieseln zu lassen. Allerdings können hierbei sehr dünne Schmelzefilme entstehen, die abreißen können, oder sich Rinnsale bilden, sodass die Feststoff parti kel auf Bereiche treffen können, in welchen gar keine Schmelze vorhanden ist. Weiterhin nimmt durch die Vergrößerung der Schmelzeoberfläche der Oxidanteil im Verhältnis zum Schmelzevolumen stark zu, was sich sowohl negativ auf die Prozessführung der flüssigen Schmelze als auch auf die Eigenschaften des erstarrten Werkstoffs auswirkt. Auch unter Vakuumbedingungen ist der Anteil von Oxideinschlüssen in der MMC-Schmelze bei dieser Technologie sehr hoch. Das Kaskadenprinzip stellt außerdem hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität der Rinnen und auch an deren geometrische Auslegung, die von der Schmelze als auch von den Prozesstemperaturen abhängt.

Darüber hinaus gibt es im Stand der Technik eine Technologie zur Herstellung von Kom- positmetallpulver. Dabei erfolgt die Partikelzugabe auf oder in einen sehr dünnen Schmelzestrom, der im Nachgang verdüst wird, um den pulverförmigen Verbundwerkstoff herzustellen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gießvorrichtung und ein Gießverfahren zur Verfügung zu stellen, welche bei geringem technologischen Aufwand eine kontinuierliche Produktion von Metall-Matrix-Komposit-Werkstoffen mit hoher Homogenität und Benetzung der jeweils in die Metallmatrix eingebrachten Feststoffpartikel ermöglichen. Diese Aufgabe wird zum einen durch eine Gießvorrichtung zur Herstellung von Metall- Matrix-Kom posit- Werkstoffen gelöst, die eine in eine Fließrichtung der Gießvorrichtung geneigte Schmelzeleitung mit einer Fließbahn für eine Metallschmelze und eine Partikelzuführeinrichtung zum Zuführen von Feststoffpartikeln zu der Metallschmelze aufweist, wobei die Partikelzuführeinrichtung als ein sich mindestens bis zu einem Boden der Fließbahn erstreckender Partikelzuführschacht mit einem in einem Schachtmantel des Partikelzuführschachts ausgebildeten Partikelaustrittsfenster ausgebildet ist.

Bei der vorliegenden Erfindung übt der Partikelzuführschacht gleich zwei Funktionen aus.

Zum einen teilt der in die Fließbahn hineinragende Partikelzuführschacht die in der Schmelzeleitung fließende Schmelze in zwei Teilströme auf. Diese Teilströme fließen zu beiden Seiten des Partikelzuführschachts an diesem vorbei und nach Passieren des Partikelzuführschachts wieder zusammen. Die beiden Teilströme fließen dabei weiter in der Schmelzeleitung, deren Querschnitt vorzugsweise konstant ist. Entsprechend kommt es zu keiner signifikanten Vergrößerung der Oberfläche der Teilströme im Vergleich zum vorherigen Gesamtschmelzestrom und damit auch zu keiner verstärkten Oxidbildung an der Schmelzeoberfläche, was, wie oben ausgeführt, nicht nur die Einbringung von Partikeln in die Schmelze erschweren würde, sondern auch die Eigenschaften des später erstarrten Werkstoffs negativ beeinflussen würde.

Zum anderen werden durch das Partikelaustrittsfenster des Partikelzuführschachts in einem Bereich der Schmelzeleitung, wo die beiden Teilströme wieder zusammenfließen, die Feststoffpartikel in die Metallschmelze gerieselt.

Die sich beim Zusammenfließen zwischen den Teilströmen ergebenden Strömungsverhältnisse ziehen regelrecht die Feststoffpartikel in die Metallschmelze hinein, wodurch sich eine besonders gute Injektion der Feststoffpartikel unter die Schmelzeoberfläche ergibt.

Der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung können kontinuierlich Rohmaterial und Feststoffpartikel zugeführt werden. Ferner kann mit der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung kontinuierlich ein Metall-Matrix-Komposit-Werkstoff hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Gießvorrichtung ist zudem sehr robust gegenüber Prozessschwankungen und variierenden Anforderungen. All ihre Komponenten sind einfach zu warten und instandzuhalten.

Die vorliegende Erfindung erlaubt ferner, dass die Metallschmelze vor und/oder in der Schmelzeleitung erwärmt werden kann, was die kontinuierliche Prozessführung durch die stets im flüssigen Zustand haltbare Metallschmelze erleichtert, und/oder die Feststoffpartikel vor und/oder in dem Partikelzuführschacht erwärmt werden können, wodurch vermieden werden kann, dass die in die Metallschmelze eingebrachten Feststoffpartikel die Metallschmelze partiell abkühlen und zu vorzeitigen Erstarrungen führen und sich Verklumpungen in der Metallschmelze ausbilden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung ist die Schmelzeleitung als Schmelzeleitungsrohr ausgebildet, ist der Partikelzuführschacht durch eine gegenüber der Fließbahn in einem Rohrmantel des Schmelzeleitungsrohrs ausgebildete Manteldurchführung hindurch zu der Fließbahn geführt und ist das Partikelaustrittsfenster innerhalb des Schmelzeleitungsrohrs angeordnet.

Diese konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung ist einfach realisierbar und schafft beste Voraussetzungen für eine kontinuierliche Partikeleinbringung in die kontinuierlich in der Schmelzeleitung fließende Metallschmelze. Durch die geschlossene Ausführung der Schmelzeleitung als Schmelzeleitungsrohr und die direkte Abzweigung des Partikelzuführschachtes in das Schmelzeleitungsrohr gibt es während der Partikeleinbringung keine offene Schmelzeoberfläche, wodurch die oben aufgeführten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können.

Grundsätzlich kann bei der vorliegenden Erfindung für die Schmelzeleitung anstelle des Schmelzeleitungsrohrs auch ein nicht umfänglich geschlossenes Schmelzeleitungsprofil zum Einsatz kommen.

Der seitlich in das Schmelzeleitungsrohr eingeführte Partikelzuführschacht ist vorzugsweise an dem Schmelzeleitungsrohr angeschweißt. Es entsteht hierdurch ein geschlossenes Partikelzuführsystem, das eine verlustfreie, gezielte und saubere Partikelzuführung zur Metallschmelze ermöglicht. Durch den Winkel zwischen dem Schmelzeleitungsrohr und dem Partikelzuführschacht kann die Geschwindigkeit und damit die Menge pro Zeit, mit der die Feststoffpartikel in die Metallschmelze eingebracht werden, beeinflusst werden.

Vorzugsweise ist der Partikelzuführschacht als Partikelzuführrohr ausgebildet. Das Partikelzuführrohr kann sowohl einen runden als auch auch einen eckigen Querschnitt aufweisen. Die Rohrform des Partikelzuführschachtes ermöglicht durch ihren geschlossenen Umfang ein einfaches Befüllen und ein verlustfreies, von Umgebungsbedingungen weitgehend unabhängiges Zuleiten der Feststoffpartikel zu der und in die Schmelzeleitung.

Besonders bevorzugt weist das Partikelzuführrohr einen geringeren Rohrquerschnitt als das Schmelzeleitungsrohr auf.

Wenn in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung das Wort Rohr, z. B. bei dem Ausdruck Schmelzeleitungsrohr, verwendet wird, ist dieses nicht auf runde Rohrquerschnitte beschränkt, sondern kann auch einen eckigen, wie beispielsweise eine rechteckigen, Rohrquerschnitt aufweisen. Ferner kann das jeweilige Rohr wenigstens einen Knick und/oder wenigstens eine Biegung aufweisen.

Die Feststoffpartikel können im Inneren des Partikelzuführschachtes einfach in Richtung der Partikelaustrittsöffnung geleitet werden, wenn in dem Partikelzuführschacht ein in die Partikelaustrittsöffnung mündender Querboden ausgebildet ist.

Der Querboden ist vorzugsweise in eine Partikelaustrittsrichtung geneigt. Dies kann zum einen dadurch realisiert werden, dass der Querboden schräg in dem Partikelzuführschacht angeordnet ist, wodurch der Querboden bei rundem Innenquerschnitt des Partikelzuführschachtes eine elliptische Form aufweist. Wenn der Einbauwinkel des als Schmelzespalter wirkenden Partikelzuführschachtes groß genug ist, kann der Querboden auch gerade in dem Partikelzuführschacht liegen und somit bei rundem Innenquerschnitt des Partikelzuführschachtes kreisförmig ausgebildet sein.

Der Querboden erstreckt sich vorzugsweise über den gesamten Innenquerschnitt des Partikelzuführschachtes. Der Querboden kann beispielsweise als Platte ausgebildet sein.

In einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung spreizt sich die Schmelzeleitung in der Fließrichtung vor dem Partikelzuführschacht in zwei Schmelzeteilleitungen auf, die an dem Partikelzuführschacht wieder zusammengeführt sind. Dadurch ergeben sich zwei Y-förmige Verläufe der Metallschmelze an dem Partikelzuführschacht, die derartige Strömungen in der Metallschmelze bewirken, dass die Injektion der Feststoffpartikel in die Metallschmelze noch besser erfolgt. Diese Ausführungsform wird daher als Doppel-Y-Ausführung bezeichnet.

Die Feststoffpartikel befinden sich zu dem Zeitpunkt, an dem sie in die Metallschmelze einrieseln, relativ mittig des Schmelzestroms über den Schmelzequerschnitt betrachtet. Eine nachgeschaltete Inline-Behandlung der partikelbeladenen Metallschmelze kann diese lokalisierte Verteilung kompensieren. Die Feststoffpartikel werden so homogen verteilt und benetzt.

Als Mittel für eine solche Inline-Behandlung kommt in einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung ein in die Fließbahn ragendes Rührwerk, dessen Antriebswelle in dem Partikelzuführschacht angeordnet ist, zum Einsatz. Durch das Rührwerk kann die Viskosität der die Feststoffpartikel enthaltenden Metallschmelze für nachfolgende Prozessschritte gesenkt werden.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Gießverfahren zur Herstellung von Metall-Matrix- Komposit-Werkstoffen gelöst, bei dem einer Metallschmelze Feststoffpartikel zugeführt werden, während die Metallschmelze in einem kontinuierlichen Fluss in einer Schmelzeleitung hinabfließt, wobei die entlang einer Fließbahn der Schmelzeleitung hinabfließende Metallschmelze mit einem in die Fließbahn ragenden und dabei die Fließbahn teilenden Partikelzuführschacht in zwei jeweils seitlich an dem Partikelzuführschacht vorbeifließende Teilströme aufgeteilt wird und dort, wo die Teilströme nach ihrem Vorbeifließen an dem Partikelzuführschacht wieder zusammenfließen, die Feststoffpartikel aus einem über der Fließbahn angeordneten Partikelaustrittsfenster des Partikelzuführschachts in die zusammenfließenden Teilströme eingerieselt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Gießverfahren kann ein hoher Grad an MMC-Schmelze- qualität gewährleistet werden. Das erfindungsgemäße Gießverfahren ermöglicht zudem einen kontinuierlichen Schmelzbetrieb unter Vakuumbedingungen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gießverfahrens werden die Feststoffpartikel entlang eines in dem Partikelzuführschacht ausgebildeten, in eine Partikelaustrittsrichtung geneigten Querbodens zu dem Partikelaustrittsfenster geführt.

Vorzugsweise fließt die Metallschmelze, bevor sie den Partikelzuführschacht passiert, in zwei Schmelzeteilleitungen der Schmelzeleitung, die an dem Partikelzuführschacht wieder zusammengeführt sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert, wobei

Figur 1 schematisch eine Seitenansicht eines Partikelzuführabschnittes einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung zeigt;

Figur 2 schematisch den Partikelzuführabschnitt aus Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht zeigt; und

Figur 3 schematisch einen Partikelzuführabschnitt einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung zeigt.

Die Figuren 1 , 2 und 3 veranschaulichen die vorliegende Erfindung anhand von schematischen Ansichten eines Partikelzuführabschnittes von zwei verschiedenen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Gießvorrichtung.

Vor dem jeweiligen Partikelzuführabschnitt weist die Gießvorrichtung wenigstens eine hier nicht gezeigte Komponente, wie eine Metallschmelz- und/oder Warmhalteeinrichtung zum Erzeugen und/oder Warmhalten einer Metallschmelze, auf.

Optional kann die Gießvorrichtung nach dem jeweiligen Partikelzuführabschnitt wenigstens eine in den vorliegenden Figuren nicht dargestellte Komponente, wie beispielsweise eine Mischzone mit wenigstens einem mechanischen und/oder elektromagnetischen Rührer zum Verteilen von in dem Partikelzuführabschnitt auf bzw. in die Metallschmelze auf- bzw. eingebrachten Feststoffpartikeln, aufweisen.

Der jeweils gezeigte Partikelzuführabschnitt weist eine von der Metallschmelzeinrichtung mit einer Metallschmelze versorgte Schmelzeleitung 1 und einen Partikelzuführschacht 2 auf. Die Schmelzeleitung 1 ist in den gezeigten Ausführungsformen rohrförmig, also als Schmelzeleitungsrohr bzw. in Form zweier zunächst auseinander laufender und dann wieder zusammenlaufender, rohrförmiger Schmelzeteilleitungen 14, 15, ausgebildet. Der Partikelzuführschacht 2 ist in den gezeigten Ausführungsformen ebenfalls rohrförmig, d. h. als Partikelzuführrohr, ausgebildet.

Die Schmelzeleitung 1 ist in einer jeweiligen Fließrichtung A, A‘ der Gießvorrichtung geneigt. Entsprechend fließt eine Metallschmelze in einer in der Schmelzeleitung 1 ausgebildeten Fließbahn 11 in der Fließrichtung A, A‘ hinab.

In einen Mantel der Schmelzeleitung 1 , der in den gezeigten Ausführungsbeispielen ein Rohrmantel 12 ist, ist eine Durchgangsöffnung ausgebildet, durch die der Partikelzuführschacht 2 in das Innere der Schmelzeleitung 1 hineingeführt ist. Der Partikelzuführschacht 2 ragt dabei bis an eine der Durchgangsöffnung gegenüberliegende Innenwand der Schmelzeleitung 1 , d. h. durch die Fließbahn 11 , in der die Metallschmelze fließt, hindurch. Die Fließbahn 11 wird dabei durch den Partikelzuführschacht 2 in zwei Teilströme aufgeteilt, die zu beiden Seiten an dem Partikelzuführschacht 2 vorbeifließen.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Partikelzuführschacht 2 jeweils in einem Winkel von 90° bzw. 45° zu einer Rotationsachse der Schmelzeleitung 1 ausgerichtet, sodass seine Neigung B in einem Winkel von 90° bzw. 45° zu der der Fließrichtung A, A‘ entsprechenden Neigung der Schmelzeleitung 1 ausgerichtet ist. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Partikelzuführschacht 2 jedoch auch beispielsweise senkrecht auf der geneigten Schmelzeleitung 1 stehen, sodass zwischen der Mittelachse des Partikelzuführschachtes 2 und der jeweiligen Fließrichtung A, A‘ in der Schmelzeleitung 1 beispielsweise ein Winkel in einem Bereich von 30 bis 60°, z. B. von 45°, ausgebildet ist.

Der Partikelzuführschacht 2 weist in seinem Schachtmantel 21 ein offenes Partikelaustrittsfenster 22 auf. In dem Partikelzuführschacht 2 ist ferner ein in das Partikelaustritts- fenster 22 mündender Querboden 23 angeordnet. Der Querboden 23 ist in einer Partikelaustrittsrichtung C in Richtung des Partikelaustrittsfensters 22 geneigt.

Die erfindungsgemäße Gießvorrichtung arbeitet beispielsweise nach folgendem Gießverfahren:

In der Metallschmelz- und/oder Warmhalteeinrichtung der Gießvorrichtung wird zunächst eine Metallschmelze erzeugt und/oder warm gehalten. Optional kann die Metallschmelze in der Metallschmelz- und/oder Warmhalteeinrichtung veredelt und/oder modifiziert werden. Die Metallschmelz- und/oder Warmhalteeinrichtung wird wie die vorzugsweise vorgesehene Prozesskammer der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung, in der sich der Partikelzuführabschnitt befindet, im Vakuum, d. h. bei ca. 10' ⁴ bis 1 mbar, oder in Schutzgasatmosphäre betrieben.

In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung besteht zwischen der Metallschmelz- und/oder Warmhalteeinrichtung und der Prozesskammer, in der sich der Partikelzuführabschnitt befindet, eine durch eine vakuumdichte Ventileinrichtung verriegelbare Zuleitung. Hieran ist ein Vakuumschmelzebehälter angekoppelt.

Einfache Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch so gestaltet sein, dass sich der Partikelzuführabschnitt nicht in einer separaten Prozesskammer befindet.

Nachdem in der gesamten Gießvorrichtung ein gleiches Druckniveau erreicht ist, wird die zwischen der Metallschmelz- und/oder Warmhalteeinrichtung und der Prozesskammer, in der sich der Partikelzuführabschnitt befindet, befindliche Ventileinrichtung geöffnet und eine zwischen dieser Prozesskammer und einer sich an die Prozesskammer anschließenden Abgießkammer befindliche Ventileinrichtung geschlossen.

Die durch die Metallschmelz- und/oder Warmhalteeinrichtung erzeugte Metallschmelze wird in den Vakuumschmelzebehälter geleitet.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann in diesen beispielsweise von oben die von außen seitlich in die Prozesskammer vakuumdicht eingeführte Schmelzeleitung 1 ragen. Ein erster Abschnitt der Schmelzeleitung 1 bildet bei dieser Ausführungsforme ein Steigrohr. Das Steigrohr befindet sich mit seinem unteren Ende stets unterhalb einer Schmelzeoberfläche der Metallschmelze. Eine Druckerhöhung in der Metallschmelz- und/oder Warmhalteeinrichtung bewirkt einen Schmelzeanstieg in dem Steigrohr und damit in der Schmelzeleitung 1.

Wenn ein kritischer Füllstand zwischen der Schmelzeoberfläche und einer unteren Steigrohrkante erreicht ist, erfolgt die Befüllung der Schmelzeleitung 1 aus einem Zusatzschmelzebehälter mittels Schwerkraft. Es ist auch möglich, den Zusatzschmelzebehälter unter Normalatmosphäre zu betreiben und durch den daraus resultierenden Druckunterschied die Metallschmelze in den Vakuumschmelzebehälter mit dem Steigrohr zu füllen.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch unabhängig von der Art der Zuführung der Metallschmelze zu der Schmelzeleitung 1. Die Erfindung ist insbesondere nicht davon abhängig, ob ein Steigrohr, wie oben beschrieben, verwendet wird. Die Erfindung kann beispielsweise auch beim Schwerkraftgießen zum Einsatz kommen.

Die Schmelzeleitung 1 wird direkt oder indirekt mit wenigstens einem Heizungselement erwärmt, damit zu keinem Zeitpunkt ein Erstarren der Metallschmelze in der Schmelzeleitung 1 erfolgen kann.

Ein weiterer Abschnitt der Schmelzeleitung 1 ist in der jeweiligen Fließrichtung A, A‘, also in einem Winkel von etwa 30 bis 60° nach unten, geneigt. Dadurch fließt die Metallschmelze kontinuierlich, d. h. ohne abzureißen, in der jeweiligen Fließrichtung A, A‘ innerhalb der Schmelzeleitung 1 , entlang der auf einer Rohrinnenseite der Schmelzeleitung 1 ausgebildeten Fließbahn 11.

Insofern sich, wie in der Ausführungsform von Figur 3, die Schmelzeleitung 1 zwischenzeitig in Schmelzeteilleitungen 14, 15 verzweigt, verzweigt sich entsprechend auch die Fließbahn 11.

Die zunächst als ein Gesamtstrom fließende Metallschmelze wird durch den Partikelzuführschacht 2 dort, wo, dieser in die Fließbahn 11 hineinragt und diese teilt, in zwei Teilströme aufgeteilt. Vorzugsweise ragt der Partikelzuführschacht 2 mittig in die Fließbahn 11 , sodass der Gesamtstrom der Metallschmelze gleichförmig in die beiden Teilströme aufgeteilt wird. In den Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 erfolgt die Aufteilung des Gesamtstromes in die beiden Teilströme Y-artig. In der Ausführungsform von Figur 3 ragt der Partikelzuführschacht 2 dort in die Fließbahn 11 , wo die beiden Schmelzeteilleitungen 14, 15 wieder zusammengeführt sind.

Die Teilströme fließen zu beiden Seiten des Partikelzuführschachtes 2 an diesem vorbei und fließen nach Passieren des Partikelzuführschachtes 2 wieder zusammen.

Wenn in den Partikelzuführschacht 2 Feststoffpartikel eingebracht werden, was beispielsweise mittels einer an ein Vorratssilo angeschlossenen Rütteleinheit oder einer Vibrationseinheit erfolgen kann, fallen oder rutschen diese zunächst unterstützend durch die Neigung B des Partikelzuführschachtes 2 auf den in dem Partikelzuführschacht 2 befindlichen Querboden 23. Auf dem Querboden 23 rutschen die Feststoffpartikel entsprechend der Neigung des Querbodens 23 in der Partikelaustrittsrichtung C schräg nach unten in Richtung des Partikelaustrittsfensters 22.

Dann rieseln die Feststoffpartikel aus dem Partikelaustrittsfenster 22 nach unten auf die wieder zusammenfließenden Teilströme der Metallschmelze. Vorzugsweise treffen die Feststoffpartikel genau dort auf die Metallschmelze auf, wo die beiden Teilströme wieder zusammenfließen, wo also zunächst ein sich schließender Spalt zwischen den Teilströmen besteht. Dadurch werden die Feststoffpartikel unter der Schmelzeoberfläche eingeschlossen.

Die Neigung B bzw. der Neigungswinkel des Partikelzuführschachtes 2 bestimmt die Stelle, an der sich die beiden Teilströme wieder vereinigen.

Durch eine Anpassung der Querschnitte der Schmelzeleitung 1 und des Partikelzuführschachtes 2 im Bereich von dessen Einführung in die Fließbahn 11 kann nahezu jede Schmelzemenge mit Feststoffpartikeln versehen werden.

Die Führung der Metallschmelze in dem oben beschriebenen Rohrsystem bewirkt, dass es keine gegenüber einer sauerstoffhaltigen Umgebung offene Schmelzeoberfläche gibt und entsprechend eine ungewollte Oxidbildung durch den in der Prozesskammer vorhandenen geringen Sauerstoffanteil in oder an der Metallschmelze weitestgehend unterbunden wird. Nach der Injektion der Feststoffpartikel in die Metallschmelze durchfließt diese nun mit den Feststoffpartikeln angereicherte MMC-Schmelze zur Homogenisierung der Feststoffpartikel und für deren Benetzung eine Mischzone der Gießvorrichtung. Um die Mischung und Benetzung zu unterstützen, kann nach der Zusammenführung der Teilströme noch ein Rührwerk, wie beispielsweise ein zwei- bis vierflügeliges Rührwerk mit werkstoffspezifischer Flügelblattstellung, in der Schmelzeleitung 1 integriert sein, um die Viskosität der MMC-Schmelze zu senken.

Final wird die MMC-Schmelze in eine Gießform gefüllt, um dort zu erstarren oder in einen beheizbaren Auffangbehälter geleitet, um sie dort zu sammeln und danach einer Weiterverarbeitungseinrichtung, wie z. B. einer Druck- oder Stranggießanlage, zuzuführen.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung befinden vorzugsweise an allen mit der Metallschmelze bzw. der MMC-Schmelze in Kontakt kommenden Komponenten, außer der Gießform, Heizungselemente, um die heiße Schmelze mit den Feststoffpartikeln nicht der Gefahr eines vorzeitigen Erstarrens auszusetzen.