[0002] Ein Verfahren der genannten Art ist aus der EP-A-0 745 694 bekannt. Dabei wird eine offene Gießpfanne zum Ausgießen der Schmelze über eine offene Rinne benutzt, wobei sich auf der Rinne erste Keime für die Bildung globulitischer Kristalle bilden sollen.

Damit diese Keime sich vermehren und wachsen, wird am Ausgang der Rinne eine An- zahl isolierter Tiegel vorbeigeführt und in einzelnen Chargen befüllt, wobei die Zeit der Wanderung dieser Tiegel über einen Weg bzw. an einem Karussell zur Ausbildung der Globuliten benützt wird, bevor der letzte Tiegel dann zur Erleichterung des Ausgießens beheizt und dann in eine Formungsmaschine, wie eine Druckgießmaschine, entleert wird.

[0003] Dieses bekannte Verfahren ist relativ aufwendig und nachteilig. Zum einen des- halb, weil eine große Anzahl isolierter Tiegel vorgesehen und dann über einen Weg be- wegt werden müssen. Dies ist schon für sich ein großer konstruktiver Aufwand. Tritt aber an der Formungsmaschine eine Arbeitsunterbrechung auf, so ergibt sich in der großen Anzahl von Tiegeln eine andere Temperatur als die gewünschte, damit ein anderer Fest- stoffanteil, und gegebenenfalls läßt sich das in den Tiegeln erstarrte Material gar nicht mehr entleeren. Dies führt dann zu einem entsprechenden Materialverlust.

[0004] Aus der US-A-3,902,544 ist ein anderes Verfahren bekannt geworden, bei dem ein Ofenbehälter durch Induktionsspulen an seinem Umfang erhitzt und das flüssige Metall drei, an die Bodenwandung anschließenden Austragrohren zugeführt wird, in welchen es bis zu einem thixotropen Zustand unter Bildung degenerierter Dendriten gerührt wird.

Dies ist relativ aufwendig und im Endeffekt-wie sich gezeigt hat-wenig wirksam. Dazu gehört, daß das Rühren sowohl konstruktiv als auch energetisch aufwendig ist und Anlaß zu Betriebsstillständen sein kann. Die Anordnung der Austragrohre im Bodenbereich führt auch deshalb zu erhöhter Dendritenbildung, weil die Bodenwandung des Ofengefäßes bereits einer gewissen Abkühlung unterworfen ist und sich so eine Art"Sumpf'aus den-

dritischen Primärkristallen bildete, der unmittelbar dem jeweiligen Austragsrohr zugeführt wurde, wo das Dendritenwachstum dann durch die fortschreitende Abkühlung begünstigt wurde.

[0005] Es ist auch aus den verschiedensten Dokumenten bekannt, bei Stranggußanlagen elektromagnetisch umzurühren. Dies erfolgte stets mit hohen Scherkräften, weil es darauf ankam, die sich am Rande bildenden Dendriten abzuscheren und zu"degenerieren", d. h. zu zerkleinern und abzurunden. Jeder, der einmal in seinem Kaffee umgerührt hat, weiß aber, daß sich beim Umrühren im Zentrum des Rührkreises eine tote Zone bildet, in der keine Vermischung erfolgt. Dies aber führt zu Temperatur-und Konzentrationsgradienten.

[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs ge- nannten Art effizienter auszubilden. Dies gelingt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

[0007] Im Gegensatz zum zuletzt genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß diese bisherigen Verfahren hauptsächlich von der Aufgabe der Zerstörung sich bildender Dendriten ausgegangen sind, eine solche Zerstörung aber weitgehend unterbleiben könnte, wenn man eine Dendritenbildung von vornherein in ho- hem Maße unterbände. Daher können bewegbare Rührer oder Teile oder andere Rühr- vorrichtungen entfallen.

[0008] Dazu muß man sich die"Mechanik"der Erstarrung von Metall vor Augen führen.

Nach dem Buch von Prof. Dr.-Ing. K. Schwerdtfeger"Metallurgie des Stranggießens", Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, 1992, S. 59, ergibt sich beim Abkühlen einer Schmelze 1. zunächst die Bildung von Zellen, 2. die sich in dendritische Zellen umwandeln 3. und dann zu deutlichen Dendriten werden, bevor es 4. überhaupt zu einer breiigen Erstarrung unter zusätzlicher Bildung von Globuliten kommt.

[0009] Will man also ein globulitisches Gefüge, so käme man nach dieser Aussage an der Bildung von Dendriten gar nicht vorbei. Die spätere Erläuterung wird zeigen, wie dies doch gelingen kann.

[0010] Nun wurde analysiert, warum sich aus dem an sich flüssig vorliegenden Metall überhaupt so viele Dendriten bilden. Diese wachsen aus der kälteren Zone gegen die wärmere, wobei sich deutliche Konzentrationsverschiebungen ergeben. Im Kurzen waren die Überlegungen der ErFinder nun die folgenden : Der Verlauf der Konzentration vor einer solchen Erstarrungsfront läßt sich durch die Diffusionsgleichung bzw. das 2. Ficksche Gesetz bestimmen. Vor der Erstarrungsfront aber baut sich eine Grenzschicht auf, deren Dicke AN von verschiedenen Faktoren, darunter von der Vermischung abhängt und die ebenfalls einen Konzentrationsunterschied zur Schmelze aufweist. Dies führte bei den bekannten Verfahren dazu, daß man eine starke Vermischung, etwa durch elektroma- gnetisches Rühren, in Gang setzte, um einerseits diesen Seigerungsbereich zu stören, anderseits die bereits gebildeten Dendriten abzuscheren.

[0011] Auf der anderen Seite ergibt sich ein Bereich sogenannter"Konstitutioneller Un- terkühlung"in einer Schmelze erst dann, wenn der Gradient der tatsächlichen Temperatur größer oder gleich groß dem durch Konzentrationsunterschiede an der Erstarrungsfront induzierten Gradienten der (für eine bestimmte Legierung vorgegebenen) Liquidustempe- ratur ist. Was aber anzustreben ist, wenn ein halbfestes Material gewünscht wird, ist eine Erstarrungfront einer Dicke von praktisch Null. Die Frage stellt sich also, wie man dies erreicht ? [0012] Diese Fragestellung führte dann jeweils zu der im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Lösung, welche in der einen oder anderen Form, vorzugsweise jedoch in Kombination ausgeführt wird. Die genannten drei Charakterisierungen sind ja eigentlich nur drei verschiedene Gesichtspunkte ein und derselben Lösung, wie sich später an Hand der Zeichnungsbeschreibung noch ergeben wird. Im Falle des Merkmales a) geht es dar- um, daß die Verweilzeit so eingestellt wird, daß sie der Zykluszeit der nachgeschalteten Formungsmaschine entspricht. Die Formungsmaschine kann wahlweise eine Schmiede- maschine, ein Extruder, ein Blechwalzwerk, eine Thixo-Formmaschine (mit Extruder), eine Strangpreßmaschine, bevorzugt aber eine Druckgießmaschine oder eine mit (mehr oder minder langen) Zyklen arbeitende Stranggießvorrichtung sein. In jedem Falle ver- meidet man durch diese Einstellung der Verweilzeit so die Nachschaltung einer Vielzahl von Tiegeln, in denen der Vorgang des Kristallwachstums nach dem Stand der Technik ablaufen soll, mit all den Unannehmlichkeiten, welche oben geschildert wurden, indem man am Ende der Suspendierstrecke bereits die gewünschte Suspension erhält. Auch kann eine Thixo-Formmaschine gegebenenfalls durch die Erfindung einfacher gestaltet

werden, weil der dabei im allgemeinen vorgesehene Extruder nicht mehr Dendriten zu zerstören braucht, sondern hauptsächlich dem Einbringen der Legierungs-Suspension in eine Form dient.

[0013] Nach Merkmal b) wird das Maß der Kühlung angegeben, mit dem die gewünschte Suspension erreicht wird. Die Kühlung läßt sich durch Wahl des Kühlmittels oder-bei Verwendung eines strömenden Kühlmittels, z. B. Öl, durch dessen Strömungsmenge pro Zeiteinheit einstellen. Eine derart starke Kühlung hat man offensichtlich bisher nicht ge- wagt und sich daher lieber mit einer großen Anzahl von einer Kühlrinne nachgeschalteten Tiegeln abgefunden. Die Erfindung hat aber gezeigt, daß dieses Vorurteil der Fachwelt unberechtigt war.

[0014] Nach Merkmal c) werden die bisher vorgenommenen Verfahrensschritte mit Keimbildung und Keimvermehrung bzw. Wachstum um eine Station vorverlegt, nämlich die erste Keimbildung in das Vorratsgefäß, wobei dem die Erkenntnis zugrundelag, daß eben solche ersten Keime, d. i. Atomanordnungen wie im späteren Kristall, bereits in ei- nem solchen Vorratsgefäß (das bevorzugt ein Ofen ist) vorliegt. Durch das Verteilen und Zuführen wird aber eine Strömung erzeugt, die es gestattet, solche an sich vorhandenen Keime in die gewünschte Richtung zu führen und auf die Suspendierstrecke zu bringen, auf der dann eine so große Anzahl von Kristallisationskeimen durch eine turbulente Strö- mung, die gegebenenfalls durch statisches Mischen erzeugt wird, gebildet werden, daß für ein Dendritenwachstum gar kein Platz bleibt. D. h. die Grundidee der Erfindung liegt in jedem Falle darin, von Anfang an erst gar keine Dendriten aufkommen zu lassen, die dann zerstört werden müßten.

[00151 Gegenüber dem nächstkommenden Stand der Technik ergibt sich durch die oben erläuterten kennzeichnenden Merkmale der Vorteil, statt eines Chargenverfahrens mit einer Unzahl kleiner Chargen (Tiegel) ein praktisch kontinuierliches Verfahren ohne Tie- gelbewegungseinrichtungen und ohne die Gefahr so hoher Materialverluste zu haben. Es ist aber auch gar keine Formstabilität der so gebildeten Legierungs-Suspension erforder- lich, wie sie nach dem Stande der Technik angestrebt wurde. Es versteht sich auch, daß es bevorzugt ist, wenn mindestens zwei der oben erläuterten kennzeichnenden Merk- malsgruppen in Kombination miteinander verwendet werden. Denn vorzugsweise sind die Merkmale der Ansprüche 26 und/oder 27 vorgesehen, durch welche eine der Zykluszeit angepaßte Dosierung der Schmelze besonders leicht möglich ist. Das bedeutet in jedem Fall, daß die Legierungs-Suspension praktisch gleichzeitig mit dem Zuführen zur For-

mungseinrichtung (welcher Art sie auch immer sei, wie Schmiedemaschine, Druckgieß- maschine usw.) nach Bedarf hergestellt wird.

[00161 An sich genügt die sich an der Suspendierstrecke durch Viskositätseffekte einstel- lende Turbulenz der Strömung, doch können auch die Merkmale des Anspruches 3 vor- gesehen werden. Durch das statische Mischen werden auf einfache Art und Weise die an der Kühlfläche gebildeten Keime homogen in die Schmelze suspendiert. Mit diesem Sus- pendierungsschritt wird gleichzeitig die Ausbildung einer Diffusionszone an der Grenz- schicht zwischen Keim und Schmelze unterbunden und damit die Voraussetzung für ein Dendritenwachstum vermieden. Es ergibt sich also keine Konstitutionelle Unterkühlung.

Hier sei nochmals darauf hingewiesen, daß unter dem Begriff"Keim"hier eine dem Kri- stallgitter entsprechende vorgebildete Atomanordnung zu verstehen ist.

[0017] Ein wesentlicher Nachteil des Standes der Technik lag auch in den großen der Oxydation preisgegebenen Flächen der Legierungs-Suspension. Nach einer Weiterbil- dung der Erfindung sind deshalb das Merkmal E) des Anspruches 3 und/oder die Merk- male des Anspruches 5 vorgesehen.

[0018] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorzugsweise die Merkmale des An- spruches 6 bzw. eines der zugehörigen Unteransprüche auf. Es ist allerdings bei der be- vorzugt vorgesehen aktiven Kühlung mittels eines Kühlsystems ein mögliches Problem (das allerdings auch ohne die Herstellung einer teilerstarrten Legierungs-Suspension auf- treten kann), daß dann das Metall zum"Anbacken"an den gekühlten Wandungen neigt.

Zu dessen Vermeidung sind vorzugsweise die Merkmale des Anspruches 10 vorgesehen.

[0019] Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich an Hand der nach- folgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungs- beispielen. Es zeigen : Fig. 1A eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zum Bereitstellen einer teiler- starrten Legierungs-Suspension zur detaillierten Erläuterung des erfindungsge- mäßen Verfahrens ; Fig. 1 B eine Variante der in Fig. 1A veranschaulichten Vorrichtung zusammen mit einer Stranggießvorrichtung als Formungsmaschine ;

Fig. 2 ein in erfindungsgemäßer Weise nach einem zweiten Ausführungsbeispiel aus- gebildetes Ausgießrohr eines Schmeizofens vor einer Druckgießmaschine mit zentral angegossener Druckgießform ; Fig. 3 ein in erfindungsgemäßer Weise nach einem dritten Ausführungsbeispiel aus- gebildetes Ausgießrohr eines Schmelzofens vor einem Teil einer Strangpreßan- lage ; die Fig. 4 und 5 weitere alternative Ausführungsformen ; Fig. 6 eine Variante zu Fig. 4 in einem Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 4, wozu Fig. 7 ein Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6 ist ; Fig. 8 ein aus einzelnen separat temperierbaren Abschnitten zusammengesetzte Vor- richtung, zu der die Fig. 8A ein vergrößerter Ausschnitt eines Details A aus Fig. 8 ist ; und Fig. 9 ein Schnitt nach der Linie fX-IX der Fig. 8.

[0020] Fig. 1A stellt schematisch einen Teil der Füllbüchse 6 einer Druckgießmaschine 1 mit einem Gießkolben 7 dar. Die Füllbüchse 6 besitzt auch in üblicher Weise eine Einfül- öffnung 8, durch die hindurch zu vergießendes Metall vor den Kolben 7 einfüllbar ist. Das Einfüllen einer Legierung erfolgt über einen Überführungsbehälter 10 d, der hier an das Ausgießrohr 9 eines Dosierofens 9'angeschlossen ist. Der Vorteil eines solchen Behäl- ters 10d ist, daß mit seinem Volumen leicht dasjenige Volumen an Metall bestimmt wer- den kann, welches für einen Schuß in das Einfülloch 8 einzufüllen ist. So kann gegebe- nenfalls einer Druckgießzelle (die eine oder mehrere Druckgießmaschinen in unmittelba- rer Nähe, z. B. sternförmig angeordnet, umfassen kann) ein einziger Schmelzofen 9'zu- geordnet werden, der-wie sich nachstehend noch ergibt, vorteilhaft als Dosierofen 9' ausgebildet ist.

[0021] Vorzugsweise besitzt der Überführungsbehälter 10d eine Auspreßeinrichtung, be- vorzugt in Form eines Kolbens 28 (obwohl im Prinzip auch eine Extrusionsschnecke ver-

wendet werden könnte, doch ist ein Kolben 28 einfacher), so daß das darin gesammelte Metall zwangsweise und unter Druck in die Füllbüchse 6 gepreßt werden kann. Da das Metall im teilerstarrten Zustand ist, bewirkt der so ausgeübte Druck gegebenenfalls einen Abfall seiner Viskosität, was das Einfüllen in die Füllbüchse erleichtert. Außerdem kann das einzufüllende Volumen durch das Volumen des Überführungsbehälters 10d leicht bestimmt werden. Ist eine Änderung des Volumens erwünscht, so kann der Überfüh- rungsbehälter 1 yod vorteilhaft mittels einer lösbaren, hier nicht im einzelnen dargestellten Verbindungseinrichtung vom Ausgießrohr 9c getrennt und durch einen Überführungsbe- hälter größeren oder kleineren Volumens ersetzt werden.

[0022] Der Überführungsbehälter 10d kann entweder einfach entsprechend isoliert sein, um einen isothermen Zustand des in ihm enthaltenen Metalls nach Erhalt eines ge- wünschten teilerstarrten Zustandes auf der Suspendierstrecke 9 zu sichern. Zweckmäßig wird es jedoch mindestens mit einer Kühleinrichtung mit einem, beispielsweise unten an- geordneten, Zulauf 12 und einem Auslauf 13 sowie Kühlrohren O aufweisen. Das Mund- stück des Überführungsbehälters 10d kann mit einem in einer senkrecht zur Zeichenebe- ne verlaufenden Richtung aus der gezeigten Offenstellung in eine Geschlossenstellung verschiebbaren bzw. um ein Scharnier H schwenkbaren Verschluß 10"versehen sein, wie das bei einem Tundish bekannt ist. Ein besonderer Zweck des Überführungsbehälters 10d ist auch die Anpassung der Verweilzeit an die Zykluszeit der nachgeschalteten For- mungsmaschine 1.

[0023] Nun kann es aber vorkommen, daß Betriebsstörungen auftreten, welche eine so- fortige Entleerung des Überführungsbehälters 10d verhindern. In diesem Falle bestünde die Gefahr, daß der Überführungsbehälter 10d am Ende nur mehr voll erstarrtes Metall beinhaltet. Um dies zu verhindern, ist es bevorzugt, wenn der Oberführungsbehälter 10d auch mit Heizwicklungen X versehen ist. Diesen Heizwicklungen X kann ein Thermosen- sor (oder ein, beispielsweise induktiver Sensor für den Aggregatzustand des Metalles in ihm, wie er in der Literatur bereits beschrieben worden ist) zugeordnet sein, um die Heizwicklungen, gegebenenfalls auch nur abschnittsweise, einzuschalten, wenn das zum gewünschten teilerstarrten Zustand gekühlte Metall in diesem Zustand zu bewahren. Ja, solche Heizwicklungen X können auch dazu gebraucht werden, das teilweise erstarrte Material durch Verflüssigung seiner Randzonen leichter aus dem Überführungsbehälter 10d herauszubringen.

[0024] Der Dosierofen 9'weist eine zwangsweise fördernde Pumpe 17 auf. Mit dieser Pumpe werden beim erfindungsgemäßen Verfahren mehrere Funktionen gleichzeitig er- füllt : Zum einen wird Schmelze, wenigstens periodisch kontinuierlich in das eine Suspen- dierstrecke für die herabfließende Schmelze bildende Ausgießrohr 9 gefüllt. Hier sei er- wähnt, daß es an sich auch möglich wäre, an Stelle des Ausgießrohres 9 eine offene Rinne vorzusehen, doch bietet ein geschlossenes Rohr einen besseren Schutz gegen Oxydation und erlaubt es auch, eine Schutzgasatmosphäre darin aufzubauen. Da das Metall im Schmelzofen im flüssigen Zustand, also oberhalb der Liquidus-Temperatur, ge- halten wird, bedarf es eines kühlenden Zwischenschrittes, wenn man die Füllbüchse 6 mit teilerstarrtem Metall beschicken will. Es versteht sich daher, daß es bevorzugt ist, wenn das Metall im Schmelzofen mit dem Ausgießrohr 9 erst auf eine nicht höhere als 30°C, vorzugsweise nicht höher als 20°C, z. B. auf eine etwa 10°C, über der Liquidustemperatur gelegene Temperatur gebracht wird, um so einerseits Energie zu sparen, anderseits den Vorgang der Abkühlung auf den teilerstarrten Zustand zu beschleunigen. Der Ofen 9'ist vorzugsweise mit einer durch eine Zwischenwand 22 bis auf eine Verbindungsöffnung 23 abgeteilten Dosierkammer 24 versehen, über die Verbindungsöffnung 23 mit einer davor gelegenen Kammer, beispielsweise mit höherer Temperatur, verbunden und ausgangs- seitig unmittelbar an das Ausgießrohr 9 angeschlossen ist.

[0025] Eine weitere Funktion der Pumpe 17 liegt darin, daß durch sie in der Schmelze des Ofens 9'eine Strömung erzeugt wird, die ungeschmolzene Kristallisationskeime, sei es Fremdkeime oder an den Ofenwandungen gebildete kleine Dendriten, in das Pumpen- rohr 17"bringt. Dabei wirkt ein Propeller 17' (oder eine Schraube) als Verteiler (Mischer) und Zerteiler, so daß daraus weitere Keime gebildet werden. Hier sei auf Friedrich Ostermann,"Anwendungstechnologie Aluminium", Springer-Verlag, 1998, S. 306, verwie- sen, wo der Vorteil von Rührvorgängen mit Kornverfeinerungswirkung beschrieben ist.

Eine weitere Funktion der Pumpe 17 liegt darin, daß mit ihr eine Feindosierung (Legie- rungs-Suspension"auf Wunsch") dann durchführbar ist, wenn ihr wenigstens ein zur För- derung über die Zykluszeit der Druckgießmaschine (1 in Fig. 1 B) mittels eines von Hand oder durch eine Programmsteuerung betätigbaren Schalters S ein-und abschaltbarer Antrieb, sei es als Getriebe oder als Motor M, zugeordnet ist. Bevorzugt oder alternativ ist der Schrauben-oder Propellerpumpe 17 ein Antrieb M variierbarer Geschwindigkeit zu- geordnet, zu welchem Zweck eine Motorsteuerstufe C vorgesehen sein kann.

[0026] Um zusätzliche Primärkeime zu erhalten, kann es zweckmäßig sein, mindestens Teile der Pumpe 17 zu kühlen. Beispielsweise kann das Rohr 17"mit einem Kühlmantel

versehen werden. Bevorzugt ist es allerdings, wenn bewegte Teile der Pumpe 17 mit ei- ner solchen Kühleinrichtung versehen werden. Zu diesem Zweck ist die Welle 17a der Pumpe 17 als Hohlwelle ausgebildet, wie dies etwa bei Rührwerksmühlen für Kühlzwecke bekannt ist, so daß die Einzelheiten einer solchen Kühlanordnung nicht beschrieben wer- den müssen. Dementsprechend läuft Kühlmittel im Sinne eines Pfeiles P durch den zen- tralen Hohlteil der Welle 17a (ein in die Welle 17a eingesetztes, mitdrehendes und, z. B. nicht ganz bis zum unteren Ende des Hohlraumes der Welle 17a reichendes, Rohr) ein, strömt an dessen unteren Ende in einen radial auswärts in einen Ringkanal und verläßt die Hohlwelle 17a durch einen stationären, bei Rührwerksmühlen an sich bekannten Dre- hauslaß 17b mit einem Auslaßstutzen 17c. Gewünschtenfalls kann aber auch der Propel- ler 17'bzw. die Pumpenschraube in an sich bekannter Weise gekühlt werden.

[0027] Die Drehung der Welle 17a bringt es mit sich, daß etwaige sich daran bildende Primärdendriten in die Schmelze radial abgeschleudert werden und in der Schmelze so degenieren, wie es im oben genannten Stand der Technik beschrieben ist. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber der EP-A-0 745 694 liegt in der zeitlichen und örtlichen Vorverlegung des Keimbildungsprozesses, die das Nachschalten einer Vielzahl bewegter Tiegel für die Nachkühlung und das Keimwachstum und deren Bewegungsap- paratur unnötig macht. In einem zweiten Schritt wird dann das so vorgebildete Keimvolu- men derart erhöht, daß auch unabhängig von den Effekten des statischen Mischens auch die geometrischen Randbedingungen kein Dendritenwachstum mehr zulassen.

[0028] Daher fördert die Pumpe 17 die Schmelze in einen vom Pumpenrohr 17"abzwei- genden Rohrstutzen 26, an den das Ausgießrohr 9 anschließt. Das Ausgießrohr 9 ist in- nen glatt ausgebildet, weist aber, ähnlich dem Überführungsbehälter 10d, Kühlschlangen O und Heizwicklungen X zum selben Zweck auf, wie er oben für den Behälter 1 Od be- schrieben wurde. Die mit Vorkeimen versehene Schmelze wird also von der Pumpe 17, vorzugsweise in einer dünnen Schicht, über den Boden des Ausgießrohres 9 gefördert.

Die Kühleinrichtung O bewirkt dabei, daß die dem Boden zunächst liegende Schicht der Schmelze viskoser wird und langsamer zu fließen beginnt, während eine heißere Schicht schneller darüber rinnt. Die heißere Schicht aber schmilzt die darunterliegende dünne Schicht wieder auf, so daß im Endeffekt eine Turbulenz der Strömung entsteht, die einen Mischeffekt ergibt. Dieser Mischeffekt seinerseits bewirkt eine Homogenisierung der sich so bildenden Legierungs-Suspension, d. h. Temperatur-und Konzentrationsunterschiede über das Volumen der Legierung quer zur Strömungsrichtung werden vermieden und damit die Tendenz zur Dendritenbildung. Vielmehr bilden sich weitere Keime, lassen ei-

nem Dendritenwachstum gar keinen Raum mehr und vergrößern sich daher in globuliti- scher Form, was natürlich erwünscht ist. Am Ausgang der vom Ausgießrohr 9 gebildeten Suspendierstrecke ist daher bereits die gewünschte Legierungs-Suspension im wesentli- chen fertig vorhanden und bedarf daher keiner weiteren Tiegel mehr.

[0029] Falls nun stets ein und dieselbe Legierung und immer mit im wesentlichen dem- selben Feststoffanteil verarbeitet werden soll, ist die bisher beschriebene Ausbildung der Anordnung nach Fig. 1A ausreichend. Falls aber Änderungen der Legierung bzw. des Feststoffanteiles ermöglicht werden sollen, so ist dabei zu bedenken, daß bei gleichblei- bender Neigung a der Suspendierstrecke 9 zu einer horizontalen, strich-punktiert gezeig- ten Ebene, die Viskosität der jeweiligen Legierung unterschiedlich sein wird, was dann die Kühlzeit im Ausgießrohr beeinflussen würde. Um eine unabhängig wählbare Verweilzeit der Schmelze in der Suspendierstrecke 9 zu erhalten und so den Anteil der aus der Schmelze extrahierten Schmelzwärme zu steuern, ist dessen Neigungswinkel a vorzugs- weise einstellbar. Damit kann die Verweilzeit so gesteuert werden, daß sie einerseits an die Zykluszeit der nachgeschalteten Formungsmaschine, etwa der an Hand der Teile 6-8 in Fig. 1A angedeuteten Druckgießmaschine, angepaßt wird, anderseits die Extraktion der Schmelzwärme gegebenenfalls auf diese Weise eingestellt werden kann, wogegen eine weitere Methode zur Einstellung dieser Extraktion in der Wahl des durch die Rohre O fließenden Kühlmittels und dessen Durchsatz pro Zeiteinheit liegt. So kann der über die Suspendierstrecke 9 laufenden Schmelze die Schmelzwärme mit einem Anteil von 20% bis 60%, vorzugsweise 30% bis 50%, derart entzogen werden, daß am unteren Ende der Suspendierstrecke die gewünschte Legierungs-Suspension fertig vorliegt. Es versteht sich, daß der Neigungswinkel a von 90°, d. h. also von der Vertikalen, abweichen wird und kleiner als 90° sein wird.

[0030] Zum Zwecke des Einstellens des Neigungswinkels a mag eine Verstellvorrichtung in Form eines um eine ortsfeste Achse 53 oder Welle drehbaren Exzenters 54 in einem mit dem Ausgießrohr 9 verbundenen Rahmen 55 vorgesehen sein, womit das Rohr 9 mehr oder weniger geneigt werden kann. Am anderen Ende ist das Rohr um eine, vor- zugsweise nahe einer Wand des Ofens 9'bzw. nahe dem Rohrstutzen 26 gelegene, Ach- se 56 schwenkbar. Es versteht sich, daß die gezeigte Ausbildung nur ein Beispiel dar- stellt, und daß es sogar bevorzugt sein kann, ein fluidisches Verstellsystem, ein Zahn- stangensystem oder ein Hebelgetriebe zu verwenden, um größere Verstellhübe zu erzie- len, beispielsweise die Suspendierstrecke 9 über die strich-punktiert gezeigte Horizonta-

lebene hinaus anzuheben und so ein Zurückfließen der Legierung in den Ofen 9'zu errei- chen, wenn Störungen an der Formungsmaschine auftreten sollten.

[0031] Um eine Schiefstellung des Überführungsbehälters 10d möglichst zu vermeiden, steht der Ofen 9'vorzugsweise auf einem, lediglich schematisch angedeuteten, Hubge- stell, das in herkömmlicher Weise ausgebildet sein kann, beispielsweise als hydraulisch oder mechanisch heb-und senkbares Gestell. Vorzugsweise ist die Verstellung der Ver- stelleinrichtung 53-55 bzw. die Drehung der Welle 53 mit der Bewegung des Hubgestelles 57 synchronisiert. Theoretisch wäre es natürlich auch möglich, den Ofen 9'auf einem so hohen Niveau vorzusehen, daß der Behälter 10d in jedem Falle über der (entsprechend groß bemessenen) Einfüllöffnung 8 liegt, auch wenn die Neigung des Rohres 9 unter- schiedlich ist.

[0032] Es wurde oben die Kühleinrichtung O erwähnt. Eine Kühlung kann jedoch zusätz- lich oder alternativ auch so erfolgen, daß in das Ausgießrohr 9 über einen Zulauf 58 Schutzgas, z. B. Stickstoff, zugeführt und am Ende über einen Auslauf 59 abgeführt wird.

In einem solchen Falle erübrigt sich ein Aufwärmen des Gases, und es kann dieses bei Raumtemperatur, also etwa 20°C oder auch flüssig, zugeführt werden. Dies ist besonders bei der Verarbeitung von Magnesium von Vorteil, bei dem wohl auch das Innere des Ofens 9'von einer solchen Inertatmosphäre erfüllt sein wird. Natürlich ist eine solche Maßnahme auch für Aluminium oder jedes andere Metall von Vorteil, weil dadurch eine Oxydation stark reduziert bzw. praktisch verhindert wird.

[0033] Nach Fig. 1B kommt das zu vergießende Metall vom Dosierofen 9' (Fig. 1A), von dem in Fig. 1 B nur das Ausgießrohr 9 gezeigt ist. Der Schritt des Befüllens einer For- mungsmaschine 1 a wird bei der Ausführungsform nach Fig. 1 B mit einem vom Ausgieß- rohr gesonderten Überführungsbehälter 10 durchgeführt. Der Vorteil eines gesonderten Überführungsbehälters 10 liegt unter anderem darin, daß es gar nicht erforderlich ist, je- der Formungsmaschine einen eigenen Schmelzofen mit Ausgießrohr 9 zuzuordnen, viel- mehr ein einziger Schmelzofen an einem zentralen Ort aufgestellt und von dort aus die einzelnen Formungsmaschinen über solche Behälter 10 beliefert werden können.

[00341 Als Formungsmaschine ist unterhalb des Überführungsbehälters 10, nach einem Sammelbehälter oder Tundish 10e, bevorzugt eine Stranggießeinrichtung 1a an sich be- kannter Bauart nachgeschaltet. Es handelt sich dabei um eine ähnliche Stranggießein- richtung, wie sie etwa aus der DE-A-1 783 060 bekannt geworden ist, nur mit dem Unter-

schied, daß bei dieser Stranggießmaschine eine elektromagnetische Rühreinrichtung vorgesehen werden mußte, um Dendriten zu zerstören. Diese Einrichtung kann nun durch die Erfindung erspart werden, so daß die Stranggießvorrichtung 1a einfacher und kosten- günstiger aufgebaut sein kann. Es sei erwähnt, daß eine solche Stranggießmaschine 1 a entweder zyklisch-zur Erzeugung mehr oder weniger langer Bolzen-oder kontinuierlich betrieben werden kann. Es soll erwähnt werden, daß die Kombination einer Stranggieß- vorrichtung 1a mit einem eine Pumpe 17 aufweisenden Dosierofen 9', wie sie unten an Hand der Fig. 4 im einzelnen beschrieben werden, deshalb von besonderem Vorteil ist, weil eine Stranggießanlage und die von ihr erzeugte Qualität nicht zuletzt auch von einem möglichst gleichmäßigen statischen Flüssigkeitsdruck abhängig sind. Es ist beispielswei- se aus der US-A-4,358,416 oder der EP-A-0 095 596 bekannt, eine Regeleinrichtung für das Niveau im Tundish vorzusehen. Kombiniert man aber die Dosierpumpe 17 mit der Stranggießeinrichtung, so erhält man automatisch einen konstanten statischen Flüssig- keitsdruck, kann unter Umständen sogar auf den Tundish 10e verzichten und die Dosier- pumpe 17 unmittelbar die Stranggießvorrichtung 1a beliefern lassen.

[0035] Um den oben beschriebenen Mischeffekt zu intensivieren, besitzt nun der Behälter 10 eine statische Mischeinrichtung, vorzugsweise in Form von ineinandergreifenden, das Metall jedenfalls von einer zur anderen Seite wendenden und damit mischenden Wan- dungsvorsprüngen 11. Diese Wandungsvorsprünge mischen also das Metall während seines Einfüllens und Ausfließens. Im Gegensatz zum bekannten Chargenverfahren, bei dem einzelne Chargen in eine große Anzahl von, z. B. über ein Karussell, bewegten Tie- geln gefüllt werden, wird hier also ein Durchflußverfahren angewendet bzw. im Durchfluß das teilerstarrte Metall gewonnen, wobei der Verschluß10"stets geöffnet oder überhaupt weggelassen ist. Gleichzeitig kann der Behälter 10, ähnlich wie der an Hand der Fig. 1A beschriebene Behälter 10d, entweder einfach entsprechend isoliert sein, um die eingefüll- te Legierungs-Suspension isotherm zu halten. Zweckmäßig wird es jedoch wie der Behäl- ter 10d mindestens eine Kühleinrichtung mit einem, beispielsweise unten angeordneten, Zulauf 12 und einem Auslauf 13 sowie Kühlrohren O im Inneren der Vorsprünge 11 auf- weisen. Damit wird die Umwandlung vom (noch) flüssigen Zustand, wie er beim Ausflie- ßen aus dem Rohr 9 herrscht, in einen abgekühlten Zustand gesichert, wobei das Mund- stück 10'des Behälters 10 wiederum mit einem verschiebbaren Verschluß 10"versehen sein kann, im vorliegenden Fall aber, wie oben erwähnt, nicht sein wird. Es versteht sich, daß bei Verwendung eines solchen transportablen Überführungsbehälters 10 die Kühllei- tung des Ausgießrohres allenfalls herabzusetzen ist, beispielsweise auf die Kühleinrich- tung O verzichtet und nur mit Schutzgas gekühlt wird. Aus demselben Grund, wie oben

an Hand des Behälters 10d beschrieben, ist auch vorzugsweise eine wahlweise ein- schaltbare Heizeinrichtung X vorgesehen, die auch zum Aufschmelzen erstarrten Materi- als verwendet werden kann, so daß keine gesonderte Schockheizung 16a erforderlich ist.

[0036] An Hand der Fig. 8 wird später erläutert, wie eine zonenweise Überwachung der Temperatur mit entsprechender Regelung realisiert werden kann. Es mag aber bei der in Fig. 1 B gezeigten Ausführungsform zweckmäßig sein, wenn der Behälter 10 (oder auch der Behälter 10d), etwa entlang seiner Längsachse 14, geteilt und auseinandemehmbar ist, um diesen nötigenfalls reinigen zu können. In einem solchen Falle wird es zweckmäs- sig sein, wenn jeder Hälfte eine eigene Zu-und Abfuhr für das jeweilige Temperiermittel (Kühl-oder Heizmittel) zugeordnet wird, wie es im Falle der vier Anschlüsse 15 (je ein Paar für jede Gefäßhälfte) für die elektrischen Anschlüsse der Heizwicklungen X gezeigt ist.

[0037] Fig. 2 zeigt schematisch die Druckgießmaschine 1 mit mehreren Formteilen 2, einer ortsfesten Aufspannplatte 3 für einen stationären Formteil 4, sowie ein stationäres Schild 5. Zwischen der Platte 3 und dem Schild 5 ist die Füllbüchse 6 eingespannt, in der der Gießkolben 7 der Länge nach verschiebbar ist. Die Füllbüches 6 kann mit einer Hei- zeinrichtung 16 versehen sein. Es versteht sich, daß statt der Druckgießmaschine 1 auch jede andere Formungsmaschine, beispielsweise ein Extruder für sich oder als Thixo- Formmaschine verwendet werden kann, beispielsweise entsprechend der WO 97/21509.

Während der Extruder aber dort unter anderem die Funktion besitzt, allfällige Dendriten durch seine Scherkräfte zu zerstören (und damit auch einen entsprechenden Energiebe- darf aufweist), ist dies bei der vorliegenden Erfindung nicht der Fall, weil sich hier ja gar keine Dendriten bilden.

[0038] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Mischvorsprünge 11 a eines Schwer- kraftmischers bzw. statischen Mischers in das Ausgießrohr 9a des Schmelzofens 9'inte- griert, welch letzterer nur teilweise gezeigt ist. Hier sei angemerkt, daß es zwar bevorzugt ist, das Mischen unter Schwerkraft durchzuführen, daß es aber ebenso denkbar wäre, die Mischvorsprünge, z. B. 11 a, in einem aufsteigenden Kühlrohr unterzubringen, durch wel- ches das Metall beispielsweise mittels Gasdruck gefördert wird. Der Schmelzofen 9'kann gegebenenfalls verfahrbar sein, um zu jeder zu beliefernden Formungsmaschine zu ge- langen, braucht dieser also nicht stationär zugeordnet zu sein. Die Bezugsziffern sind hier, wie in den folgenden Ausführungsbeispielen gleich wie in Fig. 1 B, aber gegebenen- falls mit einem Zusatz versehen.

[0039] Wenn also flüssiges Metall, vorzugsweise knapp über der Liquidustemperatur, aus dem Ofen 9'mit Hilfe einer Dosierpumpe 17 in das Ausgießrohr 9a gefördert wird, rinnt es über die von den Vorsprüngen 11 a gebildete Treppe abwärts, wobei das Ausgießrohr 9a entweder so lang bemessen ist, daß sich eine natürliche, nicht erzwungene, Abkühlung ergibt, oder es sind-wie dargestellt-wieder Kühlrohre O in den Vorsprüngen 11 a vorge- sehen, was bevorzugt ist. Durch das immer wieder erfolgende, kaskadenartige Ergießen auf die jeweils darunter befindliche Treppe 11 a ergibt sich der gewünschte Mischeffekt.

[0040] Sollte das Ausgießrohr so dünn bemessen sein, daß das fließende Metall seinen ganzen Innendurchmesser erfüllt, können solche Mischvorsprünge 11a auch an der obe- ren bzw. an Seitenwandungen des Ausgießrohres vorgesehen sein, wobei die Form der Vorsprünge gleich oder verschieden sein mag, wobei allenfalls unterschiedliche Formen, etwa der später noch gezeigten Art, gemischt vorliegen können. Beispielsweise wäre es denkbar, am oberen Beginn des Ausgießrohres 9a zur Erzielung eines statischen Mi- scheffektes eine mit Öffnungen versehene Scheibe quer über den Durchmesser des Roh- res vorzusehen, so daß der Strom flüssigen Metalles in mehrere sich hinter der Scheibe wieder vereinigende und somit mischende Teilströme geteilt wird. Eine solche Scheibe stellt allerdings einen gewissen Strömungswiderstand dar, weshalb ihre Anordnung auf den oberen Bereich des Ausgießrohres 9a beschränkt bleiben sollte.

[0041] Wie beim Gefäß 10 in Fig. 1 B mag es auch hier vorteilhaft sein, Heizwicklungen X einzubauen, um ein"Anbacken"von Metall an den Wandungen des Ausgießrohres 9a zu verhindern, falls sich etwa durch Betriebsstörung eine längere Verweildauer des Metalls im Ausgießrohr ergeben sollte. Die Verwendung nicht-benetzender Werkstoffe für den statischen Mischer bzw. das Ausgießrohr 9,9a des Ofens ist deshalb von besonderem Vorteil. Als Beispiel seien etwa keramisch beschichtetes Metall oder ganze keramische Bauteile genannt. Wobei eine solche Metallplatte 19 hier strichliert bei 19 angedeutet ist.

Die Mischvorsprünge 11a können dann auf der aus dem Rohr 9a zu Reparatur-oder Reinigungszwecken herausziehbaren, in Fig. 2 Platte 19 angeordnet sein. Zusätzliche starke Heizwicklungen X'mögen für eine schockartige Erwärmung dann von Vorteil sein, wenn die Suspension beispielsweise auf Grund einer Störung voll erstarrt ist und erneut zum Fließen gebracht werden soll.

[0042] Ferner mag es vorteilhaft sein, eine Hochfrequenz-, bevorzugt eine Ultraschallfre- quenzeinrichtung 16a an der Suspendierstrecke 9a anzubringen, um ein Eindringen von

Schmelze in die Poren des die Vorsprünge 11a bildenden Keramikmaterials zu verhin- dern. Es hat sich besonders bei aufgeprägten Ultraschallschwingungen erwiesen, daß diese das Metall aus den Poren austreiben und damit die Lebensdauer der Keramikteile verlängern.

[0043] Das untere Ende des Ausgießrohres 9a kann gegebenenfalls auch mit einem ähn- lichen Verschluß versehen werden, wie er in Fig. 1A oder B für den Überführungsbehälter bei 10"angedeutet ist. Dazu kann ein Schiebergehäuse 18 vorgesehen werden. Damit kann das Herabfließen von Legierungs-Suspension bei Störungen der Formungsmaschi- ne (und damit einer Änderung der Zykluszeit) vermieden werden. Gegebenenfalls ist aber das Ausgießrohr 9 um die Achse 56 (Fig. 1A) derart verschwenkbar, daß es in einem sol- chen Falle über die in Fig. 1A strich-punktiert gezeigte Horizontalebene aufwärts ver- schwenkt wird und so die Legierungs-Suspension wieder in den Ofen 9' (oder ein anderes Vorratsgefäß) zurückfließt. Natürlich wäre es ebenfalls denkbar, das Ausgießrohr 9a, wie im Falle des Gefäßes 10 der Fig. 1B, aus zwei auseinandernehmbaren Hälften zusam- menzusetzen, etwa entlang seiner Längsachse L, um es so leichter warten zu können.

[0044] Wenn oben von der Anordnung einer Ultraschall-Einrichtung die Rede war, so sei hier erwähnt, daß die Anwendung von Ultraschall, beispielsweise in einem Gefäß 10, nach den Feststellungen der Erfinder auch einen günstigen Effekt auf das Metallgefüge hat : Es wird feiner, die Kristalle werden runder. Dabei kann ein solcher Ultraschalleffekt auch etwa auf die Formmaschine, wie eine Druckgießmaschine angewendet werden, weil es dort eine Art"Rüttler-Effekt"-nach der Art der Verdichtungswirkung von Betonrüttlern- ausübt. Da sich eine solche Ultraschallschwingung im allgemeinen nach allen Seiten aus- breitet, mag es genug sein, eine einzige Ultraschalleinrichtung an einem Ort so anzubrin- gen und mit einer derartigen Energie zu betreiben, daß sich ein günstiger Effekt sowohl auf die Keramikauskleidung der Suspendierstrecke als auch auf die Formmaschine ergibt.

Beispielsweise könnte die Ultraschalleinrichtung an einer-zweckmäßig ebenfalls mit Ke- ramik ausgekleideten Gießbüchse einer Druckgießmaschine angeordnet sein, wobei sich der Schall sowohl bis zur davor gelegenen Suspendierstrecke als auch zum Gefäß 10, in der einen Richtung, als auch bis in die Kavität der Gießform auswirkt. Dies bedeutet je- doch eine ziemlich hohe benötigte Energie, weshalb es bevorzugt sein wird, mehrere sol- cher Ultraschalleinrichtungen vorzusehen. Obwohl eine Ultraschalleinrichtung bevorzugt ist, ist es denkbar, auch andere hochfrequente Schwingungserreger zu verwenden, wie etwa ein elektromagnetisches Wechselfeld, das zwar auch mit niedrigeren Frequenzen wirksam sein mag, vorzugsweise aber hochfrequent betrieben wird. Es versteht sich, daß

diese Anwendung von Schwingungsenergie auch für sich, und unabhängig von den ande- ren Merkmalen eine selbständige Erfindung darstellt.

[0045] Fig. 3 zeigt eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung, aber eines modifizierten Ausfüh- rungsbeispieles. Als Formungsmaschine kann in diesem Falle eine Extrusionspresse mit einem Extrusionskolben 7b vorgesehen sein, es kann sich aber auch um eine Füllbüchse 6a, ähnlich der Füllbüchse 6 der Fig. 1A für eine Druckgießmaschine handeln. Die Ausbil- dung dieser Füllbüchse 6a entspricht nun einer solchen nach der deutschen Offene- gungsschrift 100 47 735, deren Inhalt hier durch Bezugnahme als geoffenbart gelten soll.

Es ist nämlich sinnvoll, die Füllbüchse 6a, z. B. mittels Heizwicklungen 16 zu heizen, um keine Veränderung der Legierungs-Suspension zu erhalten. Dazu kann es vorteilhaft sein, den Vorderteil der Füllbüchse 6a gewissermaßen als"Überführungsbehälter"aus zubilden und diesen mit einem, z. B. ebenfalls beheizten, Schiebeverschluß 10"zu verse- hen.

[0046] Wie in Fig. 2 ist auch im Falle der Fig. 3 das Ausgießrohr 9b selbst mit einem sta- tischen Schwerkraftmischer entlang einer schlangenartig gewundenen Mittellinie L'zwi- schen einander-ähnlich wie beim Mischer nach Fig. 1 B-überlappenden Vorsprüngen 11 b versehen, die eine besonders gute Durchmischung und Homogenisierung erlauben.

Obwohl der statische Mischer, im Prinzip auch von der bei Schüttgütern verwendeten Art mit mit Öffnungen versehenen Einbauten ausgebildet sein kann, so daß ein Teil des Stromes durch die Öffnungen nach außen oder nach innen fließt, während ein anderer Teilstrom daran vorbei geht, sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung einander über- appende Vorsprünge aus mehreren Gründen besonders bevorzugt. Einerseits neigen mit Öffnungen versehene Einbauten, etwa wie die oben erwähnte quer eingesetzte Scheibe dazu, sich eher zu verstopfen, sobald nämlich die Temperatur des Metalls entsprechend gesunken und das Metall viskoser geworden ist. Anderseits bedeutet eine Überlappung, daß ein Teil des Metalles die Wand entlang fließt, ein anderer Teil aber auf den nächsten überlappenden Vorsprung 11 b tropft und von dort nach unten abgegeben wird, wo er sich mit dem der Wand entlang, und somit über eine unterschiedliche Strecke geströmten Metall unter Mischen vereinigt.

[0047] Es ist oben bereits erwähnt worden, daß es vorteilhaft sein kann, sowohl Kühl-als auch Heizeinrichtungen vorzusehen. Da das Metall aus dem Ofen 9'mit höherer Tempe- ratur austritt, mag es sein, daß ein Nachheizen im Falle eines Stillstandes bzw. einer Un- terbrechung des Betriebes im oberen Teil des Schwerkraftmischers weniger nötig ist.

Diesen Fall zeigt die Fig. 3, bei der im oberen Teil des Ausgießrohres 9b nur Kühischian- gen O vorgesehen sind, jedoch zonenweise um so mehr elektrische Heizeinheiten X an- gebracht sind, je mehr sich der Mischerraum 21 entlang der Linie L'dem Mundstück 10'b bzw. dem Schiebergehäuse 18 des Ausgießrohres nähert. Die an Hand der Fig. 2 erläu- terte Schockheizung 16a für Notfälle kann ebenfalls vorgesehen werden.

[0048] Die Kühleinrichtung bzw. Wärmeleitrohre könnten zwar an sich verschiedenartig ausgebildet sein, beispielsweise auch mit verdampfbarem Kühlmittel arbeiten, doch be- steht bei so starker Kühlung die Gefahr einer örtlichen Unterkühlung, die dann zu der in der Literatur beschriebenen"Konstitutionellen Unterkühlung"und zu einer Dendritenbil- dung führen kann. Deshalb ist die Kühlung mittels eines fließenden Kühlmediums bevor- zugt, wobei zwar in der an Hand der Fig. 1 B gezeigten Art im Gegenstrom zum Fluß des Metalles gekühlt werden kann, eine Umkehrung der in Fig. 1 B gezeigten Anordnung mit dem Kühlzulauf 12 oben und dem Auslauf 13 unten, d. h. im Gleichstrom, bevorzugt ist, weil so der obere Bereich, wo das flüssige Metall eintritt, stärker gekühlt wird, als der un- tere Bereich. Dies führt zwar dennoch insgesamt zu einem annähernd linearen Absenken der Metalltemperatur über die Länge des Weges, z. B. entlang der Linie L', doch in der Praxis eher doch zu einer mehr oder weniger leichten Degression der Kühlleistung.

[0049] Es wurde oben erwähnt, daß das aus dem Mundstück 10' (bzw. 10'a oder 10'b) austretende Metall gegebenenfalls auch halbflüssig sein, d. h. einen Festanteil unter 50% aufweisen kann. Dies erleichtert natürlich das Abfließen des gekühlten Metalles, obwohl in gewissen Fällen gerade für Formungsmaschinen, wie 1 oder 1a, Metall mit einem Feststoffanteil von >50 Gew-% bevorzugt ist. In diesem Falle ist es aber unter Umstän- den schwieriger, es in die Formungsmaschine zu bringen. Fig. 4 zeigt hier einen Ausweg.

[0050] Fig. 4 veranschaulicht wieder den Ofen 9'mit der durch die Zwischenwand 22 bis auf eine Verbindungsöffnung 23 abgeteilten Dosierkammer 24, die unmittelbar mit dem Ausgießrohr 9c verbunden ist. Dazu taucht das Rohr 17"der Pumpe 17 unter ein, z. B. durch einen Sensor 25 bestimmtes, Flüssigkeitsniveau des Schmelzofens 9'ein und för- dert die Schmelze über den in das Ausgießrohr 9c ragenden Rohrstutzen 26 in dasselbe hinein. An Stelle eines die Pumpe 17 regelnden Sensors 25 kann auch eine Überlaufkan- te vorgesehen sein, welche das Flüssigkeitsniveau ohne Regelaufwand bestimmt. Bei- spielsweise kann die innere, untere Kante des Stutzens 26 als Überlaufkante dienen..

[0051] Innerhalb des Ausgießrohres 9c ist hier der statische Mischer als ortsfeste Schneckenwendel 11 c ausgebildet, die gegebenenfalls zur Verbesserung der Mischwir- kung mit einzelnen Zapfen 27 über ihren Umfang bzw. ihre Länge versehen sein kann.

Das untere Ende des Ausgießrohres 9c mündet aber nun in einen die Legierungs-Sus- pension sammelnden Überführungsbehälter 10c, der in der angedeuteten Weise an das Einfülloch 8 andockbar oder auch fest angedockt ist. Der Überführungsbehälter 1 Oc ist vorteilhaft wieder mit einer Auspreßeinrichtung bzw. dem Kolben 28 versehen. Wie er- sichtlich und angedeutet, ist es wiederum von Vorteil, den Behälter 10c mit Heizeinrich- tungen X, gegebenenfalls auch mit einer Kühleinrichtung O zu versehen.

[0052] Die Ausführungsform nach Fig. 5 ist der der Fig. 4 insofern ähnlich, als auch hier eine statische Schneckenwendel 11 c eingebaut ist. Die Ausführung veranschaulicht ledig- lich, daß es denkbar wäre, das Ausgießrohr 9d drehbar in Lagern 29 auf einer Unterlage 29'zu halten und beispielsweise über einen außen angebrachten Zahnkranz 30 und ein Motorritzel 30 eines Motors M1 anzutreiben. Die Drehrichtung kann, je nach den gewähl- ten Dimensionen, insbesondere der Länge des Ausgießrohres 9d, entweder in Förderrich- tung des unter Schwerkraft herabfließenden Metalles oder, vorteilhaft, in Gegenrichtung erfolgen. Im Falle der Gegenrichtung zu der durch die Wendel 11c bestimmten Förder- richtung bleibt das Metall länger im Bereich der Temperiereinrichtungen X bzw. O des Ausgießrohres 9d, d. h. dieses Rohr 9d kann dann gegebenenfalls kürzer bemessen wer- den. Zusätzlich ergibt sich durch die Schwerkraftförderung in Abwärtsrichtung des Aus- gießrohres 9d und die gleichzeitige Drehung dieses Rohres im Gegensinne eine bessere Durchmischung. Dennoch ist diese Ausführungform wegen des zusätzlich vorzusehenden Antriebes nicht in allen Fällen bevorzugt.

[0053] Fig. 6 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform in einer Schnittansicht von oben, etwa im Sinne der Linie VI-VI der Fig. 4. Darin enthält ein an das isotherme Sam- melgefäß 10c angeschlossenes Ausgießrohr 9e als Suspendierstrecke eine Reihe von Kühlrippen 31, die allenfalls, aber nicht unbedingt, zum Erzielen einer Mischwirkung mit Umlenkungen, wie bei 32, und/oder mit Unterbrechungen 33 bzw. Umlenkverdickungen 34 versehen sein können. Auch könnte in der Rinne zwischen zwei solchen Rippen 31 im Bereich einer Unterbrechung ein Umlenkzapfen, etwa ähnlich den Zapfen 27 der Fig. 4 oder in der Art der später beschriebenen Fig. 9, vorgesehen sein, so daß jedenfalls die durch die Kühlrippen geteilten Metallströme ineinanderfließen, oder aufgestaut werden und sich mit nachkommendem Metall vermengen.

[0054] Fig. 7 zeigt einen Schnitt etwa im Sinne der Linie VII-VII der Fig. 6, bei dem ge- geneinander versetzte Rippen 31 und 31 a vorgesehen sind. Deutlich sind auch die Rip- pen 31 a mit Kühlkanälen 0 versehen. Hier sei erwähnt, daß zueinander parallele Rippen (wie sie in dem Schnitt der Fig. 7 ersichtlich werden), die also für sich keinen statischen Mischeffekt ergeben (außer durch die an Hand der Fig. 1A beschriebenen Turbulenz der Schichten) zu einer Verbesserung der Kühlleistung beizutragen vermögen, weshalb der- artige Einbauten 31,31 a zur Vergrößerung der Kühlflächen vorteilhaft sind. Es ist daher denkbar, daß man unterschiedliche Kühlanforderungen bei unterschiedlichen Legierun- gen und/oder Feststoffanteilen durch den Ersatz durch unterschiedliche Größe der Kühl- fläche berücksichtigt. Dazu ist wiederum die oben an Hand der auswechselbaren Platte 19 beschriebene Ausbildung von Vorteil. Gewünschtenfalls könnte aber statt einer aus- wechselbaren Platte 19 ein auswechselbares Innenrohr vorgesehen werden.

[0055] An Hand der Fig. 8,8A und 9 soll eine besondere Ausführungsform gezeigt wer- den, bei der zunächst ersichtlich ist, daß das Ausgießrohr 9f von oben nach unten immer steiler, d. h. unter einem steileren Winkel zur Horizontalen verläuft. Dies trägt dem Um- stand Rechnung, daß das Metall mit zunehmender Abkühlung immer viskoser wird und daher gegebenenfalls langsamer fließt. Der dargestellte Verlauf der Mittellinie L'ent- spricht dabei vorzugsweise annähernd einer Brachystochrone (Zykloide), doch sind ande- re Verläufe, beispielsweise mit unter jeweils einem Winkel aneinander anschließenden geraden Abschnitten, denkbar, die beispielsweise einem Zykloidenverlauf angeglichen sein mögen.

[0056] Ferner ist hier etwas stärker ausgeprägt, was sich bereits bei der Ausführung nach Fig. 3 andeutete, nämlich eine bereichsweise unterschiedliche Temperierung. Dies ist im Falle der Fig. 8 so weit getrieben, daß das Ausgießrohr 9f in einzelne, zusammengesteck- te Ringe 9.1 bis 9.5 unterteilt ist, die jeweils gesonderte Temperierungskreisläufe (nur die Kühlkreisläufe sind dargestellt) aufweisen.

[0057] So ist ein Zufuhrsammelrohr 35 und ein Abflußsammelrohr 36 entlang des Aus- gießrohres 9f vorgesehen, die beide über einen zugehörigen Stutzen 37 bzw. 38 an ent- sprechende Zufuhrleitungen bzw. Abflußleitungen anschließbar sind. Von diesen Sam- melrohren 35,36 reichen zu jedem der Ringe 9.1 bis 9.5 jeweils ein Zufuhrzweig 39 am oberen Ende jedes Ringes und ein Abflußzweig 40 mit einem Regelventil V am unteren Ende jedes Ringes 9.1 bis 9.5. Das Regelventil V könnte statt im Abflußzweig 40 auch im jeweiligen Zufuhrzweig 39 vorgesehen sein. Jedem Ring 9.1 bis 9.5 ist ein Temperatur-

sensor 41 zugeordnet, der hier an der Oberseite eingezeichnet ist, vorzugsweise aber eher im Bereiche des Abflußzweiges liegt.

[0058] Die Sensoren 41 können beispielsweise-wie von Sensorkabeln bekannt-an ei- nem Bus 42 gelegen sein und werden von einem Prozessor 43 laufend nach der von ih- nen gemessenen Temperatur abgefragt. Beispielsweise besitzt jeder Sensor 41 einen Adressierteil mit einer ihm eigenen Adresse und gibt nach dem Aufrufen dieser Adresse durch den Prozessor 43 seine Temperaturdaten an diesen ab. Der Prozessor 43 kann dann, nach einem Vergleich mit einem SOLL-Wert, ein entsprechendes Regelsignal an das jeweils zugehörige Regelventil V abgeben, mit dem er über einen weiteren Bus 44 (oder über Einzelleitungen) verbunden ist. Im Falle eines Busses 44 muß natürlich jedes Regelventil V ebenfalls adressierbar sein. Die SOLL-Werte werden-entsprechend der oben bereits getroffenen Feststellung-im wesentlichen von 9.5 bis 9.1 entweder linear oder leicht degressiv abnehmen. Das heißt daß bei einem degressiven Temperaturgra- dientenverlauf von oben nach unten die Temperatur am Mundstück bzw. an der Untersei- te des Ausgießrohres 9f höher sein wird, als sie es wäre, wenn man die Temperatur von Ring zu Ring linear absenkte. Um eine optimale Kühlung zu sichern, kann es zweckmäßig sein, wenn in jedem Ring 9.1 bis 9.5 in einem Mantelraum 45 (vgl. Fig. 8A) jeweils schneckenartige und vom Zulaufzweig 39 zum Abflußzweig 40 führende Wendeln 46 ein- gebaut sind.

[0059] Als statischer Mischer sind hier gegeneinander versetzte Zapfen 27a vorgesehen, die gegebenenfalls mit einer der bereits beschriebenen Ausbildungsformen gemischt vor- handen und entweder nur-wie dargestellt-am Grunde des Ausgießrohres 9f oder auch über den Umfang verteilt angeordnet sein können.

[00601 Fig. 8A zeigt, wie die einzelnen Ringe 9.1,9.2 ineinandergesteckt werden können.

Um ein Eindringen von Metall in den Spalt zwischen zwei Ringen zu verhindern, weist der jeweils obere Ring 9.2 einen inneren, abwärts gerichteten und den Trennspalt 46 über- deckenden Schürzenteil 47 auf. In der so in Axialrichtung statt quer dazu weisenden Trennfuge 46 selbst kann dann eine Dichtung 48, z. B. aus imprägnierten Keramikfasern, in jeweiligen Nuten der beiden Ringe 9.1,9.2 vorgesehen werden, was bereits auch zu einem festen Halt der beiden Ringe beiträgt. Eine ähnliche Anordnung kann an der Au- ßenseite mit einem nach oben gerichteten Schürzenteil 49 des jeweils unteren Ringes 9.1 und einer Dichtung 50) vorgesehen sein. Selbstverständlich ist diese Art der Dichtung nur ein Beispiel, das im Rahmen des Fachwissens auf dem Gebiet der Dichtungen und

Isolierungen beliebig abgewandelt werden kann. Vorteilhaft ist eine solche Isolierung, daß zwischen den einzelnen Ringen eine thermische Entkoppelung entsteht. Zur Sicherung des Zusammenhaltes kann jeder Ring 9.1,9.2 Befestigungsohren 51 (vorzugsweise-wie Fig. 9 zeigt an einander gegenüberliegenden Seiten der Ringe) zum Durchstecken einer Befestigungsschraube 52 haben. Da es vorteilhaft sein wird, das Ausgießrohr bzw. die Ringe aus Keramik auszubilden, ist es günstig, wenn die Befestigungsohren 51 in der in Fig. 8A gezeigten Weise flach aneinanderliegen, um Biegemomente zu vermeiden, wobei die Steckverbindung mit den Dichtungen 48,50 die Schraubverbindung 51,52 sowieso von Zugkräften weitgehend entlastet ist.

[0061] Nachstehend sollen einige Beispiele das Wesen der Erfindung besser erläutern.

Beispiel 1 : [0062] In einer ersten Versuchsreihe sollte untersucht werden, wie sich bei gegebener Einstellung eines bestimmten Dosiergewichtes die Neigung der Rinne auf die Temperatur einer Suspension aus der Mg-Legierung AZ 91 nach der Rinne auswirkt. Es wurde ein Dosiergewicht von 1260 g (konstante Pumpenleistung von ca. 50 cm3/s und Pumpdauer von ca. 15 s) eingestellt und eine Suspendierstrecke der Bauart ähnlich Fig. 4 verwendet.

Statt der Formungsmaschine war ein der Füllbüchse einer Druckgießmaschine nachemp- fundenes dickwandiges Stahlgefäß (Auffangbehälter) als Überführungsbehälter 10 einge- setzt, aus dessen Mitte die noch zu beschreibende Probenentnahme erfolgte. Statt des Auspreßkolbens 26 war ein Deckel auf dem Überführungsbehälter 10 aufgebracht, durch den zwei Thermoelemente zur Aufzeichnung der Suspensionstemperaturen hindurchge- führt worden waren. Die gesamte Mg-Oberfläche war mit Schutzgas abgedeckt. Aus Vor- versuchen war bekannt, daß der Überführungsbehälter 10 auf etwa 585 °C einzustellen ist, um praktisch die anzustrebenden isothermen Verhältnisse zu bieten. Die Entnahme der Suspension aus dem Überführungsbehälter 10 erfolgte 35 s nach dem Einschalten der Dosierpumpe 17, was einer der Dosiermenge durchaus adäquaten Zykluszeit einer Druckgießmaschine entspricht. Die dabei festgestellten Werte sind in Tabelle 1 festgehal- ten.

Tabelle 1 Versuch Schmeize-Neigung ° Entnahmetemperaturl°C Max. Temp-Diff. [K] Nr. Temp. [°C] im] zwischen Ofen (9) nach 40 s Mitte und Rand 1 630 15 585 4 2 632 15 586 4 3 630 10 584 3 4 631 10 584 3 5 630 10 583 3

[0063] Der Einfluß der durch die in gewissen Grenzen variierten Neigung der Suspen- dierstrecke 9 auf die Temperaturverteilung in der Suspension ist also gering. Dement- sprechend gering sind die Schwankungen des Temperaturgradienten im Zwischenbehäl- ter 10 (rechte Spalte.

[0064] Zur Untersuchung des nach einer Verformung zu erwartenden Gefüges wurde nach jedem Versuch unmittelbar nach dem Befüllen des Auffangbehälters eine zylindri- sche Probe ausgestochen, entnommen und abgeschreckt. Die anschließend angefertig- ten Schliffbilder zeigten keinerlei Dendriten. Die mittlere Korngröße des überwiegend glo- bulitischen Gefüges lag bei 100um.

Beispiel 2 : [0065) In einer zweiten Versuchsreihe sollte untersucht werden, wie sich die Temperatur- verhältnisse im Zwischenbehälter 10 ändern, wenn die Wärmeabfuhr in der Suspendier- strecke über unterschiedliche Ausbildung der Fließweg erfolgt. Damit sollte nachgewie- sen werden, daß die Wärmeabfuhr erhöht werden kann, um die Zykluszeit einer nachge- schalteten Druckgußmaschine trotz steigendem Dosiergewicht nicht über Gebühr zu ver- längern.

[0066] Dazu wurde bei jedem Versuch die gleiche Dosiermenge von etwa 2200 g der Mg- Legierung AZ91 verwendet. Zum einen erfolgte bei zwei Versuchen die Abkühlung auf der Suspendierstrecke 9 wie bei Beispiel 1 (15° Neigung, gleiche Kühlmitteltemperatur) auf die Zieltemperatur durch Erhöhung der Pumpzeit (von 15s auf 30 s : Wärmeentzug 1) ; Zum anderen erfolgte bei zwei weiteren Versuchen die Abkühlung auf der Suspendier-

strecke durch Erhöhung der Wärmeabfuhr bei der ursprünglichen Pumpzeit von 15 s (Wärmeentzug 2). Die erhöhte Wärmeabfuhr wurde im Wesentlichen durch Verbreitern der Suspendierstrecke und Erhöhung des Kühlmitteldurchsatzes erreicht. Die Ergebnisse der insgesamt zwei mal zwei Versuche sind in Tabelle 2 festgehalten : Tabelle 2 Versuch Schmelze-Art des Wärme-Pumpzeit Entnahme-Max. Temp-Diff. Nr. Temp. [°C] entzuges (siehe [s] temperatur [K] zw. im Ofen (9) Text) [°C] nach Mitte und Rand 40s 6 635 30 589 4 7 635 30 590 4 8 634 2 15 588 4 9 634 2 15 589 4 [0067) Die in der letzen Spalte angeführten Temperatur-Abweichungen im Zwischenbe- hälter sind einheitlich. Die Ursache für die geringfügige Erhöhung gegenüber Beispiel 1 dürfte daran liegen, daß der Zwischenbehälter nach wie vor auf 585°C gehalten worden war. Diese Versuche wurden auch mit Aluminium-Legierungen wiederholt, es zeigte sich ein analoges Bild.

[0068] Das Beispiel veranschaulicht, daß durch die Wahl einer entsprechenden Suspen- dierstrecke 9 eine weitgehende Anpassung an die Zykluszeit einer Druckgießmaschine (oder einer anderen Formungsvorrichtung) und an die erforderlichen Dosiergewichte möglich ist.

[0069] Wie bei Beispiel 1 wurden Proben gefertigt. Die anschließend angefertigten Schliffbilder zeigten wieder keinerlei Dendriten. Die mittlere Korngröße des überwiegend globulitischen Gefüges lag ebenfalls bei 100um.

Beispiel 3 : [0070] Hier sollte der Einfluß der Verweilzeit im Zwischenbehälter und der Einfluß der Temperatur des Zwischenbehälters auf das Gefüge untersucht werden. Die Versuche wurden mit einer Mg-Legieung durchgeführt, die nur 6 % Aluminium aufwies und dement-

sprechend gegenüber der Legierung von Beispiel 2 und 3 ein geringeres Erstarrungsin- tervall hatte. Der Zwischenbehälter 10 wurde auf 570°C vortemperiert und die Legierung wie bei Versuch 8 und 9 über die Suspendierstrecke gekühlt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 festgehalten.

Tabelle 3 Ver-Schmelze-Zeitraum [s] zw. Entnahme-Max. Temp-Temp-Diff. [K] such Temp. [°C] im Dosierbeginn temperatur Diff. [K] zw. zwischen Nr. Ofen (9) und Entnahme [°C] Mitte und Mitte und Rand aus dem Zwi-Rand zum Zeitpunkt schenbehälter der Entnahme 10 635 60 580 8 3 11 635 100 576 8 2 12 634 140 575 7 1 13 634 180 573 7 1 [0071] Nach der Entnahme der Suspension wurde diese an zwei Stellen (Rand und Mitte) untersucht. Obwohl keine Dendriten festgestellt wurden, zeigte sich deutlich, daß vor al- lem in den Randzonen eutektische Einschlüsse feststellbar waren. Mit zunehmender Verweilzeit im Zwischenbehälter zeigte sich auch eine Tendenz zu größeren Kristallen.

Aus diesem Beispiel lässt sich aber trotzdem schließen, daß die Einhaltung isothermer Bedingungen im Zwischenbehälter 10 wohl anzustreben aber nicht besonders kritisch ist : Geringfügige Temperaturverluste im Behälter bewirken noch keine nennenswerten Gefü- geänderungen. Allerdings sollte es vermieden werden, längere Einwirkungen eines grö- ßeren Temperaturgradienten zuzulassen, da dadurch eine merkliche Konstitutionelle Un- terkühlung auftreten kann.

[0072] Bei allen Versuchen (Mg und Al) zeigte sich das typische thixotrope Verhalten, nämlich daß eine gewisse Kontiguität (Skelettierung zwischen den Globuliten) die Form- festigkeit der aus dem Auffangbehälter ausgeworfenen Legierung, z. B. in Form eines Metallbolzens, sicherstellte, das Material konnte aber unter Schereinwirkung leicht ver- formt werden.