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 AI ₂ O ₃ , 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 AI ₂ O ₃ , 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 AI ₂ O ₃ , 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.