Magnetfeldgesteuerte Formfüllung

Den gestiegenen Anforderungen bei der Herstellung immer komplexerer, dünnwandigerer und auch größerer Feingussteile kann mit der gezielten elektromagnetischen Strömungsbeeinflussung der Schmelze über magnetische Felder begegnet werden. Hierbei kann auf kontaktlose Weise die Zuströmung hinsichtlich einer optimalen Füllung der Gießform kontrolliert werden. Die aufgabenspezifische Auswahl aus einer Vielzahl technisch realisierbarer Feldarten und die Parametrierung erfordert die Kenntnis der typenspezifischen Wirkungsweise auf die Strömung und der jeweils zu erwartenden Stärke des Einflusses. Das erste Kapitel liefert deshalb einen Einstieg in die Grundlagen der Strömungskontrolle mit Magnetfeldern.

Im realen Prozess sind in-situ Untersuchungen der Strömungsvorgänge in der Regel nicht möglich. Eine Beurteilung des Endproduktes kann zwar, in begrenztem Umfang, den Einfluss magnetischer Felder auf dessen Qualität liefern, nicht aber die Wirkkette oder gar ein umfassendes Verständnis. Die Auslegung der Felder stützt sich von daher meist auf numerische Strömungssimulationen oder Modellexperimente. Warum etwa Wasserexperimente für die weitaus meisten metallurgischen Prozesse ungeeignet und numerische Simulationen alleine nicht ausreichend sind, wird in Kapitel zwei beschrieben.

Auch in den vergleichsweise „kalten“ Modellexperimenten bleibt die für die Optimierung des Magnetfeldeinsatzes erforderliche Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten weiterhin problematisch. Die für transparente Flüssigkeiten kommerziell verfügbaren Methoden LDA (Laser Doppler Anemometrie), PIV (Particle Image Velocimetry) oder auch das Einbringen von Farbstoffen und/oder Schwebeteilchen zur Visualisierung sind auf Grund der Undurchsichtigkeit von Metallschmelzen nicht anwendbar. Kapitel 3 gibt einen Überblick über die für Flüssigmetallströmungen geeigneten Messtechniken.

Im Hauptkapitel 4, welches sich mit Beispielanwendungen beschäftigt, wird zunächst über den erfolgreichen Einsatz einer Magnetfeldbremse, von der Auslegung des Feldes bis hin zur Implementierung, im industriellen Aluminium-Feinguss berichtet. Dem schließt sich eine Beschreibung einer weitergehenden Prozessoptimierung mittels eines linearen Mehrphasen-Wechselfeldes an, welche das Potenzial des „Maßschneiderns“ von Magnetfeldern demonstriert. Den Abschluss bildet die Erstarrung im rotierenden Magnetfeld, die als ein weiteres Beispiel für die Vielfalt der elektromagnetischen Kontrolle im Bereich der Metallurgie dienen möge.