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Aufbauend auf theoretischen Untersuchungen wurde eine Versuchsapparatur zum Stranggießen kleinster Profile, deren Abmessungen und Profilausprägungen unter 1 mm liegen, konzipiert, gebaut und erprobt. An Hand eines empirischen sowie eines analytischen Modells wurden die Prozessparameter sowie die Möglichkeiten der Prozesssteuerung analysiert. Im Versuchsmaßstab konnten Stränge unterschiedlicher Querschnittsformen (Stern-, Vierkant- und Kreisprofile) aus niedrig schmelzenden Metallen gegossen werden. Die Untersuchungen ergaben, dass die Strangqualität (Oberflächengüte und Formausprägung) wesentlich von der Lage der Erstarrungsfront während des Gießprozesses abhängt und durch die Gießgeschwindigkeit gesteuert werden kann. Die beste Qualität wird erzielt, wenn der Strang nahe dem Formausgang erstarrt. Schon geringfügige Schwankungen der Phasengrenze um wenige Zehntel Millimeter wirken sich auf die Qualität der Gussstränge aus.

Auf der Grundlage eines mathematischen Modells zur Beschreibung der Druckentwicklung in pneumatischen Verdichtungsanlagen, welche zur Herstellung von Kernen und Formen dienen, wurden Computerprogramme erstellt. Mit deren Hilfe können Parameteridentifikationen zur Ermittlung maschinentechnischer Größen (Durchflusskoeffizienten, Ventilfunktionen) durchgeführt und Druckverläufe berechnet werden. Es erfolgt der Nachweis, dass das mathematische Modell die Prozesse hinreichend genau wiedergibt. Im theoretischen Teil werden Betrachtungen zu Einflussgrößen auf die Druckentwicklung angestellt. Dabei wurde festgestellt, dass das Maschinenbehältervolumen den größten Einfluss ausübt. Weiterhin sind Untersuchungen bzgl. der Druckentwicklungsabhängigkeit von Ventileigenschaften durchgeführt worden. Als Kriterium zur Bewertung von pneumatischen Anlagen wurden die Energiebilanz und der Druckanstieg über dem Formstoff diskutiert.

In der Arbeit werden einfache Möglichkeiten zur experimentellen Simulation der Schnellerstarrung von Stählen durch Tauchen eines Kupferstabes in ein Stahlbad aufgezeigt. Zum Verständnis des Erstarrungsvorganges beim Tauchen wurde ein mathematisches Modell erstellt. Im Vergleich der Modellergebnisse mit den Messergebnissen wurde eine gute Übereinstimung gefunden. Mit Hilfe des Modells wurden die Erstarrungsparameter der gesamten lokalen Erstarrungszeit, der lokalen Erstarrungsgeschwindigkeit, der lokalen Abkühlgeschwindigkeit und der gesamten lokalen Erstarrungswärmestromdichte bestimmt. Durch mikroskopische Untersuchungen der Stahlerstarrungsschichten wurde die Abhängigkeit des Sekundärdendriten-Armabstandes und der Größe der nichtmetallischen Einschlüsse von den oben genannten Erstarrungsparametern gefunden. Das mathematische Modell wurde von einem rein „thermischen“ in ein „thermisch-strukturelles“ erweitert. Dazu wurden die über die metallographischen Untersuchungen erhaltenen Abhängigkeiten benutzt. Mit Hilfe der ermittelten Großen können technische Erstarrungsvorgänge der kontinuierliche, konventionellen und endmaßnahen Gießverfahren für Stähle beschrieben werden.

An verschiedenen Werkstoffen wurden Untersuchungen zum Einfluss einer Vibrationsbehandlung auf das Erstarrungsverhalten durchgeführt. Es konnte festgestellt werden, dass der Kornfeinungseffekt vom Erstarrungstyp abhängig ist. Versuche mit der Rotgusslegierung CuSn5Zn5Pb5 ergaben eine Feinung des Gefüges und daraus folgend eine Verbesserung der Eigenschaften. Die Wanddickenabhängigkeit der Gefügeausbildung konnte eliminiert werden. Als Haupteinflussgröße auf den Kornfeinungseffekt wurde die Vibrationsbeschleunigung ermittelt. Unter Praxisbedingungen konnten die Ergebnisse bestätigt werden. Bei einer Gusseisenlegierung führte die Vibrationsbehandlung zur Feinung der Grafitlamellen und Erhöhung der Zahl der eutektischen Zellen. Das Verfahren wurde erfolgreich in einer Schwermetallgießerei getestet und eingeführt.

Im Rahmen der Arbeit wurde die neuartige Messmethode und Messeinrichtung zur Erfassung der von der Formstoffbewegung in dem Messpunkt hervorgerufenen Kräfte vorgeschlagen. Die erarbeiteten Kalibrier- und Berechnungsmethoden lassen es zu, die direkt an der Gießform während der Produktion erfassten Signale in Formdichte- und unterschiedliche Festigkeitswerte umzurechnen. Die erarbeiteten Messeinrichtungen und Berechnungsmethoden wurden sowohl durch die Laborprüfungen als auch durch den direkten Praxiseinsatz geprüft. Während dieser Prüfungen wurde festgestellt, dass die Formqualitätskennzeichen mit ausreichender Genauigkeit festgestellt werden können. Die Auswirkung der veränderlichen Formstoffzusammensetzung auf die zur Berechnung der Formqualitätskennzeichen benötigten Koeffizienten wurde ebenfalls untersucht. Abschließend wurde eine Methode zur Ermittlung „formbezogener“ und „energetischer“ Qualitätsmerkmale der Formanlagen vorgeschlagen. Die Methode lässt den Vergleich der Formmaschinen auf der Basis der erreichten Formqualität und des zum Erreichen dieser Qualität geleisteten Energieaufwandes.

Die gegenwärtig verfügbaren metallurgischen Verfahren zur Flüssigstahlnachbehandlung ermöglichen eine deutliche Verbesserung des Reinheitsgrades mit Bezug auf die im flüssigen Stahl gebildeten primären und sekundären Oxideinschlüsse. Diese Verfahren können jedoch das Entstehen der während der Erstarrung gebildeten tertiären Oxideinschlüsse nicht ausschließen. Tertiäre Oxideinschlüsse beeinflussen die mechanischen Eigenschaften des Stahls negativ und sind bislang kaum untersucht worden. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die theoretische und experimentelle Untersuchung des Desoxidationsvorganges. Die Ausscheidungen von primären, sekundären und besonders tertiären Oxideinschlüssen werden als Folge der veränderten Sauerstoffaktivitäten bei der Desoxidation erforscht. Es wurden theoretische Ansätze für die Beschreibung der tertiären Oxideinschlüsse bei der einfachen Desoxidation der niedriglegierten Stähle entwickelt und ein auf diesen Ansätzen basierendes Computerprogramm für die Al-Desoxidation modifiziert. Der Al-Desoxidationsvorgang ist unter Anwendung einer Versuchsmethodik zur kontinuierlichen EMK-Messung sowohl im flüssigen als auch darüber hinaus im erstarrenden niedriglegierten Stahl untersucht worden. Die Volumenanteile und Einschlussgrößen von entstandenen Desoxidationsprodukten wurden mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie ermittelt und in Korrelation zu den gemessenen Sauerstoffaktivitäten im flüssigen und erstarrenden Stahl gebracht.

Das Ziel der Arbeit war, einen Beitrag zur qualitativen Entwicklung der Synchronriemenantriebe und damit zu einer Verbesserung ihrer Betriebseigenschaften zu leisten. Mit der vorliegenden Arbeit wurde der Versuch unternommen, die gestellte Aufgabe unkonventionell zu lösen. Dazu wurde ein neuartiger Synchronriemenantrieb durch Parallelschaltung von Schlupf- und Zahnriemengetrieben entwickelt und die theoretischen Grundlagen bearbeitet. Durch eine Reihe von Untersuchungen wurden die Resultate der theoretischen Untersuchungen experimentell überprüft und ausgewertet. Durch Analyse des Verstellverhaltens und der Eigenschaften der Funktionsqualität des Antriebes wurde festgestellt, dass für den effektiven Einsatz des kombinierten Synchronriemenantriebes bei jedem Anwendungsfall für die jeweiligen Betriebsbedingungen eine optimale konstruktive Gestaltung des Synchronriemenantriebes entwickelt werden muss.

Die Qualität der beim Vollformgießverfahren hergestellten Gussteile wird in entscheidendem Maße von der Formherstellung beeinflusst. Die Vibrationsparameter haben einen großen Einfluss auf das Sandverhalten: 1. Bei Beschleunigungen unter 1 g ist der Sand im Zustand der Pseudoverflüssigung und bewegt sich nicht intensiv gemeinsam mit dem Behälter. Dies wird für die Nachverdichtung des Sandes empfohlen. 2. Bei Beschleunigungen über 1 g bewegt sich der Sand sehr intensiv mit einer Trennung vom Behälterboden (Zustand des Vibrokochens). Dies ist für den Transport des Sandes in die Vertiefungen und Hohlräume von Modellen geeignet. In der vorliegenden Arbeit werden die Prozesse, die im Sand während der Vibration stattfinden, mathematisch beschrieben und durch Versuche bestätigt.

Das Niederdruckgießen ist ein innovatives Gießverfahren. Es ermöglicht die gesteuerte Formfüllung entgegen der Schwerkraft. Die Entwicklung einer Niederdruck-Gießeinrichtung für Eisen-Kohlenstoff-Legierungen und die Anwendung der gesteuerten Formfüllung sind die Ziele der Arbeit. Ausgehend von den Niederdruck-Gießeinrichtungen für Aluminium werden Werkstoffe getestet, die sich als Material für das Steigrohr eignen. Für das Verfahren wird eine Niederdruck-Gießeinrichtung im Labormaßstab entwickelt. Diese umfasst den Druckbehälter, das Steigrohr, die Heizung und die Druckluftsteuerung. Für eine industrielle Anlage werden die Konstruktionsunterlagen erarbeitet. Mit der Laboranlage wird der Nachweis erbracht, dass das Verfahren prinzipiell für Eisen-Kohlenstoff-Legierungen anwendbar ist. Die Problematik der gesteuerten Formfüllung wird an einem Beispiel gezeigt. Mit einer Tabellenkalkulation wird eine einfache Berechnungsgrundlage für die gesteuerte Formfüllung vorgestellt. Diese wird mit einem Simulationsprogramm und durch Versuche bestätigt.

Entsprechend der Zielsetzung dieser Arbeit wurden eng begrenzte Korngrößenbereiche der Ausgangskörnung vibrationsverdichtet und ein Zustand erreicht, der bei bestimmten Vibrationsparametern als stabil und reproduzierbar bezeichnet werden kann. Mittels eines Versuchsplanes sind stabile Körper hergestellt worden, bei denen eine ausreichende Festigkeit (bis 14 MPa) und eine definierte offene Porenvolumenstruktur (40-45 %) nachgewiesen werden konnte. Die Reproduzierbarkeit der durch Vibrationsverdichtung hergestellten Strukturen wurde anhand geringer Standardabweichung (< 5 %) der ermittelten Packungsdichte als auch der untersuchten Strukturencharakteristika bestätigt. Untersuchungen zur Einfiltration einer Feinkornfraktion in ein starres Gerüst mittels Vibrationsverdichtung zeigten, dass dieses Verfahren unter Beachtung von Einflußgrößen zur Herstellung von Gradientenwerkstoffen prinzipiell geeignet ist. Auch ein Einsatz der Vibrationsverdichtung zur gezielten Entmischung eines aus unterschiedlichen Körnungen zusammengesetzten keramischen Rohstoffgemisches konnte bestätigt werden.