DE102009010034A1 - Verfahren und Gießanlage zur gerichteten Erstarrung eines Gusskörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Gießanlage zur gerichteten Erstarrung eines Gusskörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Aufgabe der Erfindung ist es, eine diesbezügliche technische Lösung zu schaffen, mit der durch ein Absenken der Gießform in ein Kühlmedium eine gerichtete Erstarrung bei unterschiedlichen Querschnitten und hohen Bauteilkomplexitäten ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren und mit einer Gießanlage gelöst, durch deren Anwendung die Erstarrung auf Grundlage der als CAD-Datensatz verfügbaren Gussteilgeometrie gesteuert werden kann. Mit diesen Daten wird die Eintauchgeschwindigkeit der Feingusstraube in das Kühlmedium elektronisch gesteuert. Somit kann mit der Erstarrungsgeschwindigkeit der Schmelze das Gussteilgefüge optimiert werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Gießanlage zur gerichteten Erstarrung eines Gusskörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Einbringen einer gefüllten Gießform in ein Kühlmedium.
• Aus DE 42 16 870 C2 ist ein Verfahren zur gerichteten Erstarrung eines Gusskörpers aus Aluminium oder einer aluminiumhaltigen Legierung nach dem Feingussverfahren bekannt. Hierbei wird eine Gießform aus Keramik mit porösen Wänden eingesetzt, die zur Kühlung und gerichteten Erstarrung der Schmelze in eine Kühlflüssigkeit eingetaucht wird. Die Gießform wird stetig in die Kühlflüssigkeit eingetaucht, wobei die Erstarrungsfront zwischen der Schmelze und dem erstarrten Metall sich in Richtung der freien Schmelzoberfläche bewegt. Dabei werden die Eintauchgeschwindigkeit der Gießform in die Kühlflüssigkeit, die Dicke und die Porosität der Gießformwand sowie die Viskosität und die Dichte der Kühlflüssigkeit so aufeinander abgestimmt, dass, in Bewegungsrichtung der Erstarrungsfront gesehen, der Penetrationsbereich der Erstarrungsfront nacheilt. Da die Eintauchgeschwindigkeit der Gießform in die Kühlflüssigkeit von der Wanddicke und der Porosität der Gießform sowie von der Kühlflüssigkeit und der abzukühlenden Masse des Gusskörpers abhängt, können für die Eintauchgeschwindigkeit keine allgemein gültigen Parameter angegeben werden. Deshalb wurde die Eintauchgeschwindigkeit auf einen Wert zwischen 10 mm/min und 200 mm/min, die Wanddicke der Gießform auf einen Wert zwischen 4 mm und 20 mm und deren Porosität in einen Bereich zwischen 20 Vol-% und 65 Vol-% eingestellt.
• In DE 103 57 618 A1 werden Varianten beschrieben, mit denen für die in einer Gießform befindliche Metallschmelze ein angestrebter Erstarrungsverlauf durch Flüssigkeitskühlung realisiert werden kann. In der Praxis lässt sich eine schnelle Erstarrung der Metallschmelze zu einem feinkörnigen Gefüge durch einen gelenkten Erstarrungsverlauf jedoch nur mit großem Aufwand erfüllen, wenn Gussstücke mit stark schwankenden Dicken hergestellt werden sollen. Vorgeschlagen wird eine poröse Gießform, deren Kapillarität so auf die Kühlflüssigkeit abgestimmt ist, dass das Material der Gießform die sie benetzende Kühlflüssigkeit aufsaugt. Auf diese Weise soll erreicht werden, dass die Wärmeleitfähigkeit der Gießform und damit die Kühlung der Schmelze durch die aufgenommene Kühlflüssigkeit erhöht wird. Die Regelung der Eintauchgeschwindigkeit erfolgt über die aufgenommene Menge an Kühlflüssigkeit, welche durch die Dauer des Kontakts zwischen Gießform und Kühlflüssigkeit gesteuert wird. An der Erstarrungsfront ist hierbei ein möglichst großer Temperaturgradient erforderlich, um die gewünschte Feinkörnigkeit zu ermöglichen.
• Gegenstand von DE 28 15 818 A1 ist ein Gießgerät für die gerichtete Erstarrung von schmelzflüssigem Metall, das ein allmähliches Absenken einer erhitzten Form aus einem Ofen in ein Kühlbad ermöglicht. Zwischen dem offenen Ende des Ofens und dem flüssigen Kühlbad ist eine Wärme isolierende Trennplatte angeordnet, die auf der Badoberfläche schwimmt. Unterhalb vom Wärmeofen ist ein Tank mit Kühlflüssigkeit angeordnet, die durch Heizelemente und Kühlschlangen auf einem gewünschten Temperaturniveau gehalten wird, wenn die heiße Form eingetaucht wird.
• Gemäß DE 27 35 928 A1 wird eine Erstarrung durch Bewegung der Gießform gegenüber der Wärme – und Kältequelle durchgeführt. Die Heizleistung der Wärmequelle wird nach Maßgabe einer fortlaufenden, mit Thermoelement durchgeführten Temperaturmessung geregelt. Die Wanderungsgeschwindigkeit der Erstarrungsfront liegt in der Größenordnung eines Bruchteils von Zentimetern bis zu einigen Zentimetern je Stunde. Die Wandergeschwindigkeit wird auf einem konstanten Wert gehalten. Allerdings ist eine konstante Abkühlungsgeschwindigkeit bei einer Querschnittsänderung des Gusskörpers nachteilig.
• Schließlich wird in EP 10 538 B1 ein Verfahren zur gerichteten Erstarrung mit einer mathematisch berechneten Abkühlungsgeschwindigkeit bei einer Turbinenschaufel beschrieben. Die berechnete Abkühlungsgeschwindigkeit bezieht sich ausschließlich auf den Übergang einer Querschnittsänderung gemäß einer vorbestimmten mathematischen Beziehung zwischen der Geschwindigkeit und der Zeit. Dadurch soll eine gleichmäßige Übergangsfunktion zwischen zwei verschiedenen Querschnitten unter Ausschluss einer Stufenfunktion erreicht werden. Auf diese Weise sollen Fehler in dem Mikrogefüge des erstarrten Gussteils bei einfachen Querschnittsänderungen vermieden werden. Die Zurückziehgeschwindigkeit über der Zeit wird als Funktion der Änderung des Verhältnisses des Querschnittumfangs zur Querschnittsfläche angeben, die über der Gussstücklänge auftritt, wenn die nominelle Erstarrungsgrenzfläche sich in der Nähe der Änderung befindet, so dass die Geschwindigkeit der Erstarrungsgrenzflächenbewegung sich in demselben Maß wie das Verhältnis des Umfangs zu der Querschnittsfläche ändert. Nachteilig ist jedoch, dass die Änderung der Eintauchgeschwindigkeit der Gießform in das Kühlmittel bei verschiedenen Querschnitten experimentell festgestellt werden muss und die mathematisch definierte Eintauchgeschwindigkeit nur für den Übergang zwischen zwei Querschnitten gilt. Deshalb kann dieses Verfahren nur für geometrisch einfache Teile eingesetzt werden.
• Hingegen ist bei einem komplexen Gusskörper mit unterschiedlichsten Querschnitten eine kontrollierte Abkühlung mit einer gerichteten Erstarrung nicht möglich. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren sind daher auch nicht geeignet für Gusskörper, welche in einer komplexen Gießtraube gegossen werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur gerichteten Erstarrung eines komplexen Gusskörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch ein Absenken der Gießform in ein Kühlmedium zu schaffen, das eine gerichtete Erstarrung bei unterschiedlichen Querschnitten und hohen Bauteilkomplexitäten ermöglicht. Gleichzeitig soll eine Gießanlage zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.
• Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Gießform in einem Durchlaufofen vor, während und nach dem Abguss mindestens auf die Liquidustemperatur erhitzt bzw. auf der Liquidustemperatur gehalten, anschließend abgegossen und nach dem Abgießen mit einer von einem CAD-Datensatz der Gießform und/oder des Gusskörpers abhängigen Geschwindigkeit durch eine computergesteuerte Manipulationseinheit in Abhängigkeit des Richtungsvektors der Erstarrung in ein Kühlmedium derart eingebracht wird, dass eine gerichtete Erstarrung des Gusskörpers durch eine speicherprogrammierbare Steuerung erfolgt.
• Zur Durchführung dieser Verfahrensschritte wird eine Gießanlage vorgeschlagen, die einen Durchlaufofen zum Erwärmen der Gießform und ein Kühlbecken mit einem Kühlmedium aufweist, wobei die Gießform mit dem Gusskörper in einem Behälter angeordnet ist, der mit einer computergesteuerten Manipulationseinheit in das Kühlmedium absenkbar ist, wobei die Manipulationseinheit mit einem stufenlos regelbaren Antrieb ausgestattet ist, dessen Antriebsteuerung mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung und mit einem Prozessrechner steuerungstechnisch verbunden ist.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen von Verfahren und Gießanlage sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche, deren Merkmale im Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
• Durch Anwendung der erfindungsgemäßen technischen Lösung kann die Erstarrung auf Grundlage der als CAD-Datensatz verfügbaren Gussteilgeometrie gesteuert werden. Mit diesen Daten wird die Eintauchgeschwindigkeit der Feingusstraube in das Kühlmedium elektronisch gesteuert. Somit kann mit der Erstarrungsgeschwindigkeit der Schmelze das Gussteilgefüge optimiert werden.
• Ausgehend von den digitalen dreidimensionalen CAD-Daten des Gusskörpers, der Gießform und des Anschnittsystems einschließlich Speiser wird ein Datensatz durch Schichtzerlegung entlang eines durch die Erstarrungsfront definierten Richtungsvektors in zweidimensionale Schichten mit vorzugebender Schichtdicke zerlegt und anschließend wird durch eine Erstarrungssimulation der einzelnen Schichtdaten die über die Zeit veränderliche resultierende Einbringgeschwindigkeit (Absenkgeschwindigkeit) in das Kühlmedium berechnet.
• Die Steuerung der Absenkgeschwindigkeit erfolgt in Abhängigkeit des Verhältnisses von Querschnittsflächeninhalt und dessen Umfang in Relation zur aufsummierten Schichtdicke. Die Berechnung der Absenkgeschwindigkeit erfolgt anhand der durch die Erstarrungssimulation ermittelten Zeitfunktion, mit der ein entsprechendes Weg-Zeit-Diagramm erzeugt und anschließend an den Prozessrechner der Gießanlage übergeben wird.
• Für Modellierung und Erstellung der Prozessparameter können zusätzliche Informationen über die zur Verfügung stehenden Materialien wie Wärmeleitkoeffizienten, Wärmekapazität und abkühlungsspezifische Parameter aus einer mit dem Rechner verbundenen Datenbank abgerufen werden. Durch den Einsatz einer speicherprogrammierbaren Steuerung/SPS können weiterhin die IST-Temperaturen von Durchlaufofen und Kühlmedium bei der Absenkung zur genaueren Prozesssteuerung berücksichtigt werden. Der Vorteil des Einsatzes einer speicherprogrammierbaren Steuerung/SPS besteht primär darin, dass der Prozessablauf der gerichteten Erstarrung direkt mit den Prozessdaten aus der Erstarrungssimulation verknüpft und der Prozess kontrolliert gesteuert werden kann.
• Diese Echtzeitsteuerung ermöglicht eine Realisierung der gerichteten Erstarrung in Abhängigkeit der geometrischen Schichtdaten wie Flächeninhalt, Umfang und Schichtdicke jedes einzelnen Querschnitts der Gießform einschließlich Gussteil und Gießsystem in Relation zu den IST-Temperaturen des Durchlaufofens und des Kühlmediums. Die IST-Temperatur wird im Durchlaufofen und im Kühlmedium durch Thermoelemente erfasst, so dass Temperaturabweichungen, verursacht durch unterschiedlich starken Wärmeeintrag komplexer Gießtrauben über die Gesamthöhe der Gießtraube in das Kühlmedium, ständig kontrolliert werden können. Somit kann die bei der Abkühlung des Gusskörpers frei gesetzte Wärme bestimmt und die gerichtete Erstarrung gezielt beeinflusst werden. Abhängig von der Zusammensetzung des Gusskörpers kann der Anteil der freiwerdenden Wärme erheblich von dem linearen Verlauf abweichen. Durch das vorgeschlagene Verfahren können die den Erstarrungsablauf beeinflussenden geometrischen Größen und stofflichen Faktoren im Prozess einer optimalen gerichteten Erstarrung berücksichtigt werden. Insbesondere kann die gerichtete Erstarrung von Gießtrauben mit verschiedenen komplexen Gussteilen und Gussformen, angebaut an einer Gießtraube, verbessert bzw. überhaupt ermöglicht werden.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
• Die einzige 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Gießanlage zur Herstellung und gerichteten Erstarrung eines Gusskörpers in schematischer Darstellung.
• Das vorgeschlagene Verfahren zur gerichteten Erstarrung unterscheidet sich von den konventionellen Gießverfahren im Wesentlichen durch die Möglichkeit, die Erstarrung im Gusskörper 1 auf der Grundlage einer vorherigen Erstarrungssimulation computergesteuert zu lenken. Die aus der Erstarrungssimulation gewonnenen Daten werden an einen Prozessrechner 2 mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung/SPS übergeben und durch die Steuerung der Eintauchgeschwindigkeit in reproduzierbare Bauteileigenschaften umgesetzt. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Gießanlage mit einem flüssigen Kühlmedium eingesetzt, in das eine abgegossene Gießform 3 eingetaucht wird. Unter der Bezeichnung Gießform 3 werden im vorliegenden Sachverhalt insbesondere keramische Gießereiformen zum Abgießen von Feingussteilen verstanden.
• Die in 1 dargestellte Gießanlage weist ein Kühlbecken 4 mit flüssigem Kühlmedium auf. Als Kühlmedium wird beispielsweise eine Polymerlösung auf der Grundlage von Wasser, Härtereiöl, Reinzinnschmelze oder einer Salzschmelze eingesetzt. Der Gusskörper 1 kann ein beliebiges Gussteil in einer Gießform 3 sein. Das Anwendungsgebiet der gerichteten Erstarrung erstreckt sich hauptsächlich auf das Gebiet der Herstellung von Feingussteilen aus Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium bzw. aluminiumhaltige Werkstoffe, die in keramischen Gießereiformen gegossen werden. Insbesondere ist das Verfahren auch zur Herstellung von Gussteilen geeignet, die in einer Gießform 3 in Gestalt einer Gießtraube gegossen werden.
• Bei der Herstellung einer Gießform 3 für Feinguss wird von einem Gussmodell aus Wachs oder Kunststoff ausgegangen, das mit einer keramischen Schale ummantelt wird. Das Gussmodell wird nachfolgend ausgeschmolzen und der dem exakten Modell entsprechende Hohlraum wird abgegossen.
• Keramische Gießformen 3 können aus verschiedenartigen Formstoffen bestehen, die für das Gießen von Metallen hitzebeständig sind und die eine unterschiedliche stoffliche Zusammensetzung oder einen unterschiedlichen Gehalt an organischen oder anorganischen Bindemitteln aufweisen.
• Derartige Formstoffe sind insbesondere Zusammensetzungen von hitzebeständigen Form- und Kernmassen, die aus einem feuerfesten mineralischen Grundstoff, z. B. Quarzsand, Magnesiumoxid, Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Gips und einem Bindersystem bestehen.
• Die Gießform 3 mit dem Gusskörper 1 befindet sich in einem Behälter 5, beispielsweise einem Korb, der mit einer aus den Baugruppen 6 und 7 bestehenden Manipulationseinheit in das Kühlmedium abgesenkt wird. Die Manipulationseinheit 6–7 ist mit einem computergesteuerten Antrieb ausgestattet, der stufenlos regelbar ist. Die Antriebsteuerung der Manipulationseinheit 6–7 ist mit dem Prozessrechner 2 und mit der speicherprogrammierbaren Steuerung/SPS steuerungstechnisch verbunden. Die jeweils konkrete Absenkgeschwindigkeit kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 0,08 mm bis 10,00 mm pro Sekunde variiert werden. Ebenso ist es möglich, dass die Bewegung unter Beachtung der Erstarrungssituation in einzelnen Verfahrenspunkten unterbrochen wird, so dass die Absenkgeschwindigkeit zumindest kurzzeitig „NULL” beträgt.
• Der Behälter bzw. Korb 5 mit der Gießform 3 befindet sich in einem oben und unten offenen, beheizten Durchlaufofen 8 mit einer Abschirmhaube 9 und einem kleineren Deckel 11 zur Wärmeabschirmung. Der Durchlaufofen 8 wird zur Temperierung der Gießform 3 vor dem Abguss und während des Abgusses benötigt. Um eine komplette Formfüllung beim Abguss zu erreichen und das unkontrollierte Vorauseilen der Erstarrungsfront beim Eintauchen in das Kühlmedium zu vermeiden, wird die Gießform 3 mindestens auf die Liquidustemperatur des Gusskörpers 1 erwärmt. Die Querschnitte des Gießsystems können sehr klein gehalten werden. Die Gießform 3 kann beruhigt, turbolenzarm und steigend gefüllt werden. Der Durchlaufofen 8 ist mit einem Traggestell 12 oberhalb des Kühlbeckens 4 mit dem Kühlmedium angeordnet.
• Während des Eintauchens der Gießform 3 mit dem Gusskörper 1 in das Kühlmedium wird die Manipulationseinheit 6–7 so gesteuert, dass eine optimale Absenkgeschwindigkeit in das Kühlmedium realisiert werden kann. Während des Absenkens der Gießform 3 und des Gusskörpers 1 in das Kühlbecken 4 mit dem Kühlmedium dient der Durchlaufofen 8 zum Halten bzw. Nachheizen der Gießform 3 und des Gusskörpers 4 zur Sicherstellung eines gerichteten Erstarrungsverlaufes. Der Durchlaufofen 8 kann beispielsweise mit einer Wärmequelle in Form eines Gasbrenners oder einer Elektroheizung beheizt werden. Als eine Steuermöglichkeit zur Regelung der Temperatur ist das Ausschalten und erneute Einschalten der Wärmequelle vorgesehen.
• Um Wärmeverluste zu minimieren und den Wärmeeintrag in das Kühlmedium zu reduzieren, wird eine Isolationsschicht auf das Kühlmedium gegeben, welches die Ofenatmosphäre und das Kühlmedium thermisch abschirmt.
• Das Kühlbecken 4 ist mit einer nicht näher dargestellten Temperiermöglichkeit ausgestattet, welche ein gezieltes Abkühlen bzw. Aufheizen des Kühlmediums ermöglicht. Hierzu kann das Kühlbecken 4 auch doppelwandig ausgelegt werden, um das Kühlmedium indirekt zu temperieren. Ebenfalls ist es zur besseren Umwälzung und Zirkulation des Kühlmediums möglich, Umwälzpumpen oder andere Einrichtungen zur Umwälzung vorzusehen. Über Thermoelemente 14 werden die IST-Temperaturen von Durchlaufofen 8 und Kühlbecken 4 erfasst und in der Steuerung ausgewertet.
• Vor dem Abgießen wird die Gießform 3 auf dem Behälter/Korb 5 befestigt und mit der Manipulationseinheit 6–7 in den Durchlaufofen 8 zum Vorwärmen der Gießform 3 eingefahren. Der Durchlaufofen 8 ist mit der Abschirmhaube 9 und dem Deckel 11 nach oben verschlossen. Die Wirkverbindung zum Kühlmedium kann unterbrochen werden, indem zwischen dem Durchlaufofen 8 und dem Kühlbecken 4 Bauteile angeordnet werden, beispielsweise eine verschiebbare Trenneinrichtung 13.
• Nachdem die Gießform 3 in den Durchlaufofen 8 eingefahren ist, wird der Gasbrenner bzw. die Elektroheizung des Durchlaufofens 8 eingeschaltet. Nunmehr wird der Durchlaufofen 8 mit der Gießform 3 bis auf eine vorab definierte Temperatur aufgeheizt. Nach Erreichen dieser Temperatur und nach Ablauf einer Haltezeit, wird der Deckel 11 entfernt. Durch die somit zugängliche Öffnung kann die Schmelze in die Gießform 3 eingebracht werden. Während dieses Vorganges ist die Wärmequelle weiterhin in Funktion, um die Schmelze flüssig zu halten.
• Nach dem Einbringen der Schmelze in die Gießform 3 wird der kleine Deckel 11 wieder verschlossen. Die Wärmequelle hält weiterhin die Schmelze flüssig.
• Zur gerichteten Erstarrung wird die abgegossene Gießform 3 mit der flüssigen Schmelze computergesteuert in das Kühlbecken 4 abgelassen, wobei die Absenkgeschwindigkeit anhand der aus der Erstarrungssimulation gewonnenen Daten durch den Prozessrechner 2 mit der speicherprogrammierbaren Steuerung/SPS geregelt wird. Während im unteren Bereich der Gießform 3 bereits die Erstarrung beginnt und sich nach obenhin fortsetzt, wird der noch nicht abgekühlte obere Teil der Schmelze in der Gießform 3 durch Nachheizen flüssig gehalten. Dies wirkt der Erstarrungsfront entgegen und schafft die Möglichkeit eines Ausgleichs des Materialmangels mit Schmelze von bereits erstarrten Bereichen. Somit können Lunker und andere Fehlerstellen im Gussteil weitgehend vermieden werden. Sobald die Gießform 3 vollständig in das Kühlbecken 4 eingetaucht ist, kann der Durchlaufofen 8 abgeschaltet werden und die Gießform 3 vollständig abkühlen. Nachdem die Gießform 3 unter die kritische Temperatur abgekühlt ist, kann sie mittels der Manipulationseinheit 6–7 (die z. B. eine kranähnliche Vorrichtung umfasst) aus dem Kühlbecken 4 heraus gefahren werden. Der nunmehr fertig abgegossene und erstarrte Gusskörper 1 kann abschließend aus der Gießform 3 ausgepackt, geputzt und geprüft werden.

1

Gusskörper

2

Prozessrechner

3

Gießform

4

Kühlbecken

5

Behälter/Korb

6

Baugruppe der Manipulationseinheit

7

Baugruppe der Manipulationseinheit

8

Durchlaufofen

9

Abschirmhaube

11

Deckel

12

Traggestell

13

Trenneinrichtung

14

Thermoelement

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• - DE 4216870 C2 [0002]
• - DE 10357618 A1 [0003]
• - DE 2815818 A1 [0004]
• - DE 2735928 A1 [0005]
• - EP 10538 B1 [0006]

Claims (15)

1. Verfahren zur gerichteten Erstarrung eines Gusskörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Einbringen einer gefüllten Gießform in ein Kühlmedium, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (3) in einem Durchlaufofen (8) vor, während und nach dem Abguss mindestens auf die Liquidustemperatur erhitzt bzw. auf der Liquidustemperatur gehalten, anschließend abgegossen und nach dem Abgießen mit einer von einem CAD-Datensatz der Gießform (3) und/oder des Gusskörpers (1) abhängigen Geschwindigkeit durch eine computergesteuerte Manipulationseinheit (6; 7) in Abhängigkeit des Richtungsvektors der Erstarrung in ein Kühlmedium derart eingebracht wird, dass eine gerichtete Erstarrung des Gusskörpers (1) durch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von den digitalen dreidimensionalen (3D) CAD-Daten des Gusskörpers (1) und der Gießform (3) ein Datensatz durch eine Schichtzerlegung in zweidimensionale Schichten mit vorzugebender Schichtdicke entlang eines durch die Erstarrungsfront definierten Richtungsvektors zerlegt wird und dass anschließend durch eine Erstarrungssimulation der einzelnen Schichtdaten die über die Zeit veränderliche resultierende Einbringgeschwindigkeit der Gießform (3) in das Kühlmedium berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den Geometriedaten des Flächeninhalts einer Schicht für jede Konturfläche der Gießform (3) und der Querschnittsfläche des Gusskörpers (1) in Relation zur aufsummierten Schichtdicke und der durch die Erstarrungssimulation ermittelten Zeitfunktion berechnet und ein entsprechendes Weg-Zeit-Diagramm erzeugt wird, das anschließend an den Prozessrechner (2) der Gießanlage übergeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der aufsummierten Schichtdicke die mittlere Wandstärke der Gießform (3) als Parameter für die Berechnungsfunktion ausgewählt wird und die weiteren Daten über die zur Verfügung stehenden Materialien, die Wärmeleitkoeffizienten, Wärmekapazität und die abkühlungsspezifischen Parameter aus einer mit dem Prozessrechner (2) verbundenen Datenbank abgerufen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Einbringgeschwindigkeit der Gießform (3) in das Kühlmedium in Abhängigkeit von den Geometriedaten des Flächeninhalts und der Schichtdicke für jede Konturfläche der Gießform (3) und der Querschnittsfläche des Gusskörpers (1) und in Relation zur Temperatur des Durchlaufofens (8) und der Temperatur des Kühlmediums vorgenommen wird, wobei die IST-Temperaturen des Durchlaufofens (8) und des Kühlmediums mittels Thermoelementen (14) im Durchlaufofen (8) und im Kühlbecken (4) erfasst und gesteuert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium eine Polymerlösung auf der Grundlage von Wasser, ein Härtereiöl, eine Reinzinnschmelze, ein fluidisierter Feststoff oder eine Salzschmelze verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gerichtete Erstarrung des Gusskörpers (1) in Echtzeit erfolgt.
8. Gießanlage zur Durchführung eines Verfahrens zur gerichteten Erstarrung eines Gusskörpers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Einbringen einer gefüllten Gießform in ein Kühlmedium nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießanlage einen Durchlaufofen (8) zum Erwärmen der Gießform (3) und ein Kühlbecken (4) mit einem Kühlmedium aufweist, wobei die Gießform (3) mit dem Gusskörper (1) in einem Behälter (5) angeordnet ist, der mit einer computergesteuerten Manipulationseinheit (6; 7) in das Kühlmedium absenkbar ist, wobei die Manipulationseinheit (6; 7) mit einem stufenlos regelbaren Antrieb ausgestattet ist, dessen Antriebsteuerung mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) und mit einem Prozessrechner (2) steuerungstechnisch verbunden ist.
9. Gießanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlaufofen (8) beheizbar ausgestaltet, mit einem Traggestell (12) oberhalb des Kühlbeckens (4) angeordnet sowie mit einer Abschirmhaube (9) und einem kleineren Deckel (11) zur Wärmeabschirmung versehen ist.
10. Gießanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung zwischen dem Durchlaufofen (8) und dem Kühlbecken (4) mit zugeordneten Bauteilen unterbrochen werden kann.
11. Gießanlage nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Traggestell (12) eine verschiebbare Trenneinrichtung (13) zugeordnet ist.
12. Gießanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Durchlaufofen (8) und dem Kühlbecken (4) Thermoelemente (14) zugeordnet sind, die mit dem Prozessrechner (2) steuerungstechnisch verbunden sind.
13. Gießanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlaufofen (8) mit einer Wärmequelle in Form eines Gasbrenners beheizbar ist.
14. Gießanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlaufofen (8) mit einer Wärmequelle in Form einer Elektroheizung beheizbar ist.
15. Gießanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlaufofen (8) als ein widerstandsbeheizter Elektroofen mit Steuermöglichkeit ausgestaltet ist.