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Verfahren, um beim Giessen von Metallen mit hohem Schmelzpunkt die Qualität des Gussstuckes zu beeinflussen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um beim Giessen von Metallen mit hohem Schmelzpunkt die Qualität des Gussstückes zu beeinflussen.
Gemäss der Erfindung wird der Grad der Abkühlung des Gussstückes in vorbestimmter Weise durch ein mit der Gussform in Wärmeaustauschbeziehung gebrachtes Material geregelt, das bei hoher Temperatur dampfförmig ist und, verglichen mit Wasserdampf, einen niedrigen Druck aufweist und in Fliissigkeitsform in eine die Giessform umgebende Kammer gebracht wird, um bei Verdunstung in der
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als dem des blossen Gewichtes des komplementären Teiles der Charge, welcher nötig ist, um das Gussstück auf die beabsichtigte Form zu bringen, und zur Ausfüllung der beim Erstarren entstehenden Vertiefung während der Bildung derselben dient und ein einheitlicher Teil des Gussstückes wird.
Auf diese Weise ist es möglich, bei beschleunigter Herstellung der Gussstücke und schneller Abkühlung derselben die Bildung von Lunkerstellen zu verhindern, indem auf das noch flüssige Metall ein grösserer Druck, als dies bisher üblich war, ausgeübt wird.
Bei nicht drehbaren Metallformen wird der Druck als Flüssigkeitskopf des die Charge liefernden, doch nicht einen Teil des Gussstückes bildenden Teil des Metalls ausgeübt.
Bei drehbaren Formen wird, wie bekannt, die Fliehkraft zur Verdichtung des Gussmaterials ausgenutzt, und die zylindrischen Formen sind mit einer Anzahl über ihren Innenmantel verteilter, im Abstand voneinander befindlicher Formvertiefungen versehen, durch welche eine Anzahl einzelner Gussstücke (Barren) hergestellt werden.
Als Kühlmaterial kann z. B. Quecksilber oder Diphenyloxyd abwechselnd in Dampf-und Flüssigkeitsform in Wärmeaustauschbeziehung mit der Giessform gebracht werden, wobei es während der Periode des Eingiessens des Gussmaterials in flüssigem Zustand auf die Giessform gespritzt wird.
In den Zeichnungen sind schematisch einige Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, u. zw. zeigt :
Fig. 1 eine einfache, mit Mantel versehene, nicht drehbare Form, Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen Stahlbarren, der in üblichen Metallformen erstarrt ist, Fig. 3 einen Barren, der gemäss der Erfindung in einer mit Mantel versehenen Metallform hergestellt ist, Fig. 4 die in Fig. 1 dargestellte Form zum Giessen einer Anzahl von Barren, Fig. 5 in Draufsicht einen Zug, dessen Wagen ähnlich den in Fig. 1 und 4 dargestellten sind, Fig. 6 eine Ausführungsform der Fig. 5, Fig. 7 eine Gruppe individueller Formen, welche von einem gemeinsamen Mantel eingeschlossen sind und auf einer feststehenden Unterlage, z.
B. dem Boden einer Giesserei, ruhen, Fig. 8 das,, Flüssigkeits"speisesystem, Fig. 9 eine drehbare Form zur Herstellung mehrerer Barren auf einmal, Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie 10-10 der Fig. 9, Fig. 11 eine abgeänderte Ausführung der Gussform der Fig. 9 und Fig. 12 ein der Fig. 8 ähnliches System für die Verbindung mit dem Apparat der Fig. 9.
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Leitung 12 mit "Flüssigkeit" gespeist werden. Die Leitung 12 hat ein Ventil 13 und wird durch die Pumpe 14 versorgt. Die Saugleitung 15 der Pumpe hat ein Rückschlagventil und pumpt die "Flüssigkeit" aus dem Kondensator 16.
Die Dämpfe, in welche die eingespritzte "Flüssigkeit" in dem Gussformmantel verwandelt wird, und weiterhin die nicht umgewandelte Flüssigkeit"werden durch Leitung 17 dem Kondensator 16 zugeleitet. Hier werden die Dämpfe wieder durch Wasser oder andere Kühlmittel zu Flüssigkeit kondensiert. 18, 19 und 20 sind der Wassereinlass, der Dampfauslass und das Sicherheitventil des Kondensators. Ist die Unterstützung 10 ein Wagen, so laufen dessen Räder 21 auf Schienen 22.
In Fig. 2 ist der Stahlbarren 23 in der üblichen Metallform 25 erstarrt, welche durch gewöhnliche Wärmeausstrahlung abgekühlt wird, und weist die übliche Vertiefung 24 auf, welche nach der schliesslichen Erstarrung verbleibt. Dieser Teil des Barrens muss abgeschnitten werden und bedeutet einen Verlust von 20-30%.
In Fig. 3 ist die mit Mantel versehene Form 9 der Fig. 1 mit 9'bezeichnet. Um die eigentliche
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Dämpfe und das Kondensat und 12'die"Flüssigkeits"speiseleitung. Während des Giessens von der Giesspfanne 28 durch den Ausguss (Stich) 29, welcher durch ein Ventil 30 geöffnet und geschlossen werden kann, wird das Gussstück durch die aufgespritzte Flüssigkeit abgekühlt und erstarrt schnell. Abguss
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Wenn das geschmolzene Metall sich im Equilibrium befindet und die Höhlung der Form ausfüllt, wird das Ventil 33 geschlossen. Die Gase steigen auf und entweichen durch die Flüssigkeitsoberfläche 30' in die Luft, wodurch der Entstehung von Luftlöchern vorgebeugt wird. Dann wird Ventil 33 geöffnet und die "Flüssigkeit" eingespritzt. Die Säule geschmolzenen Metalls in dem Stich 29 ist so klein, dass Wärme von der Masse 23a nicht dem Barren zugeleitet wird. Trotzdem fliesst beim Erstarren des Barrens und der Bildung der Vertiefung zusätzliches, geschmolzenes Eisen nach, um die Vertiefung auszufüllen, so dass schliesslich der Barren bis zur Linie 23b vollkommen und ohne Öffnung ist.
Der veränderliche hydraulische Kopf zwischen den Ebenen 30'und 23b übt beträchtlichen Druck auf das Metall des Barrens während des Erstarren aus. Der untere Teil des Metalls in dem Stich 29 kann erhärten und einen Gusszapfen bilden, nachdem Ventil 30 geschlossen und die Teile 28, 29 und 31 entfernt worden sind. Bei genügend Geschicklichkeit und Übung kann die Bildung des Zapfens und der Verlust an flüssigem Metall beseitigt werden, indem das Ventil 30 zu geeigneter Zeit geschlossen wird, so dass gerade genug Metall vorgesehen wird, um die sich bildende Öffnung des Barrens auszufüllen.
Weiter braucht der Stich nicht immer einen Stöpsel zu haben, wenn nämlich die Verlängerung 9a von genügender Kapazität ist und warm genug gehalten wird (durch Anordnung der Röhren 11').
Oder die Giesspfanne kann entfernt werden, sobald der Überschuss abgezapft ist, worauf ein Deckel von gutem Wärmeisoliermaterial mit oder ohne äusseren Druck auf die Form gelegt wird, um den oberen Teil des geschmolzenen Metalls für bestimmte Zeit flüssigzuhalten.
In Fig. 4 ist in vollen Linien der in Fig. 1 angedeutete Wagen gezeigt, mit dem Kondensator 16 und der Pumpe 14. Die Wasserspeiseleitung 48'ist bei 18"mit dem Kondensator gekuppelt und auf der andern Seite des Ventils 34 mit der Wasserhauptleitung 35, die entlang der Schienen 22 verläuft, verbunden. Der Dampfauslass 19'ist in ähnlicher Weise bei 19"mit der Dampfhauptleitung 36 verbunden. Die Form 9 der Fig. 1 ist hier in eine Anzahl aufrechter Formen 9 a unterteilt, mit einem Gehäuse- mantel 9b und mit Spritzröhren 11", welche durch Speiseleitung 12" mit Ventil 13'durch Pumpe 14 versorgt werden. Das dem Abfluss 17 der Fig. 1 entsprechende Element liegt hinter Leitung 19'. Eine einzige Giesspfanne 28'versorgt die verschiedenen Formen 9a einer Reihe.
Für einen Zug kann eine Verteilungsleitung für jede Reihe von Formen bei jedem Wagen vorgesehen sein. Der obere Teil des Verteilungsrohres hat eine lösbare Verbindung 38, so dass nach der Füllung einer Reihe von Formen die Giesspfanne gelöst und mit einem andern Verteilungsrohr verbunden werden kann.
In Fig. 5 ist ein Zug gezeigt, der aus Wagen-M, ähnlich dem der Fig. 4, besteht. Die Hauptleitungen 35,36 und die loskuppelbaren Verbindungen 18', 19'sind die einzigen äusseren Verbindungen jedes Wagens. Beim Giessen von Barren wird der Zug vor die Schmelzöfen gefahren und der Inhalt in die Formen der Wagen gegossen.
Fig. 6 zeigt einen ähnlichen Zug, bei welchem nur ein Wagen, z. B. der Endwagen, einen Kondensator und Pumpe hat, durch welche die Formen der andern Wagen versorgt werden. 14 und 16 sind Druckpumpe und Kondensator und 14m der Motor für die Pumpe. Zur Entlastung der Pumpe 14 schliesst das System eine Saugpumpe 39 mit Motor 39m ein. In der Kondensatableitung 40 befindet sich ein Ansammel- behälter 41. Passende Leitungen 42 mit nachgiebigen Gelenken verbinden die verschiedenen Wagen für die Ableitung der Dämpfe und der "FlÜssigkeit". Die Hauptwasser-und Dampfleitungen 35 und 36 haben nur eine lösbare Verbindung 118 bzw. 119.
In Fig. 7 stellt 42 den Giessraum einer Eisengiesserei dar, 43 den"Flüssigkeits"apparateraum.
Im Raum 42 sind Gruppen von Formen 90 und 90a angeordnet, und jede Gruppe hat einen gemeinsamen Mantel für die Spritzröhren. Im Raum 43 befinden sich die in Fig. 6 illustrierten Elemente 14, 14m, 16,
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zu den Mänteln, um die Gussformgruppen 90, 90a. Dämpfe und kondensierte Flüssigkeit werden von diesen Mänteln durch Rückschlagventile 46, Leitungen 47 und Saugpumpe 39 abgeführt ; die Flüssigkeit gelangt in den Behälter 41 durch die Leitung 48, und die Dämpfe gelangen durch Leitung 49 in den Kondensator 16 und werden von dort in flüssiger Form durch Leitung 50 dem Behälter 44 zugeführt. Die Speiseund Saugleitungen 44, 45 und 47 können Verlängerungen 44', 45'und 47'für ihren Anschluss an andere Gussformgruppen aufweisen.
In Fig. 8 ist ein System für die Speisung und Abführung der,, Flüssigkeit" für eine einzige Guss-
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in gleicher Weise numerierten Elementen der Fig. 7 entsprechen. Der Behälter 41 ist mit einer Kühlschlange 41 a versehen, um die Erstarrungsperiode des Gussstückes zu verkürzen. Weiterhin sind die Behälter so angeordnet, dass die "Flüssigkeit" durch Leitung 50 und Ventil 51 durch Schwerkraft dem Behälter 41 zugeführt wird und die Saugpumpe wegfällt. Die nicht kondensierten Dämpfe gehen durch die Leitung 52 in den Kondensator 16, und die "Flüssigkeit" vom Kondensator läuft durch die Leitung 52 in den Behälter 41. Die Spritzröhren 111 werden durch die Pumpe 14 versorgt, welche die "Flüssigkeit" mit der Leitung 54 aus dem Behälter 41 ansaugt.
Bei der Herstellung von Barren ist die Frage der Härte von geringer Wichtigkeit. Es sollen jedoch nicht nur Barren und Blöcke, sondern auch andere Gussstücke hergestellt werden, bei denen die Härte eine Rolle spielt. In diesem Fall sind die verschiedenen Ausführungsformen mit einer Quelle zur Speisung
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von Quecksilberdämpfen versehen und mit Verbindungen und Vorrichtungen, um diese Dämpfe zur Erwärmung der Gussformen vor und während des Abkühlens der Gussstücke zu benutzen, unter Berück- sichtigung des kritischen Punktes während des Erstarren, wie dies in der österreichischen Patentschrift Nr. 110004 ausgeführt ist.
In den Fig. 9 und 10 sitzt ein Trichter 55 auf einem Wagen 56 und letzterer auf Schienen 57. Der Trichter trägt den Stich 58 zum Eingiessen des Metalls in die gegenüberliegenden Taschen 59a der drehbaren Gussform 59. Die Gussform wird von einer Kammer 69 eingeschlossen, welche durch das Gehäuse 61 und die damit verschweissten Endringe 61a und 62 begrenzt wird. Die linken Enden der Tasche 59a sind während des Giessens geschlossen, u. zw. durch einen Ring 63, der durch Arme 63a mit einer Nabe verbunden ist, welche mittels nicht gezeigten Rollenlagers drehbar auf dem Stich 58 sitzt, so dass nach dem Giessen und Anhalten der Form der Trichter mit dem Abschluss entfernt und das Gussstück herausgenommen werden kann.
Am andern Ende ist das Gehäuse 61 bei 61 a konisch ausgebildet und endet in eine dickwandige Hiilse 61b. Das Ende der Gussform wird in dem Gehäuse 61 durch eine Scheibe 64 zentriert und unterstützt, welche an der Innenseite des Gehäuses 61 und an einer Warze 62a der Endplatte 62 der Gussform befestigt ist. Die Scheibe 64 hat passende Öffnungen für den Durchgang von drei"Flüssigkeits"speise-
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durch eine Verteilungsleitung 66 und Leitung 67 gespeist. Die Rippen 65 verlaufen entlang der ganzen Länge der Hülse 61b und sind mit ihren inneren Kanten dem Verteilungsrohr 66 und der Leitung 67 angepasst. Die Enden der Leitung 67 und der Hülse 61b sind mit Packungen P, P'nahe ihrer Lager 68, 69 versehen, um Lecken der "Flüssigkeit" zu vermeiden.
Ist die Verbindung 44 des Systems der Fig. 12 mit der Leitung 44 der Fig. 9 verbunden und die Ablassleitung 50 für das Kondensat mit der Leitung 50 der Fig. 9 verbunden, so kann "Flüssigkeit" fortlaufend auf alle Teile der Form während Drehung derselben gespritzt werden.
Die Gussform ist drehbar gelagert und von Wärmeisoliermaterial 70 umgeben, das von den Ringen M, 72 und dem Gehäuse 73 eingeschlossen wird. Die Ringe sitzen drehbar in den Rahmen 74 und 75 mit dazwischen geschobenen Rollenlagern 76, 77. Eine bei 78 angreifende Kette dient zur Drehung der Form. Das Gehäuse 61 ist leicht konisch, um alles Kondensat oder die nicht verdampfte eingespritzte #Flüssig- keit" der Spiralwirkung 65 auszusetzen, welche Rippen bei geringer Geschwindigkeit der Gussform diese "Flüssigkeit" anhebt und in die Abflussleitung 50 befördert (s. Pfeilrichtung). Die andern Pfeile geben den Verlauf der"Flüssigkeit"beim Einspritzen an.
In Fig. 11 ist eine andere Ausführungsform der Gussform gezeigt, deren Durchmesser beträchtlich grösser ist und welche zwölf anstatt drei Taschen hat, so dass zwölf Barren, z. B. 12"x 12"X 6 Fuss gross, auf einmal hergestellt werden können. Die Spritzröhrenspeiseleitungen 111, m & , mc sind ebenfalls anders angeordnet.
In Fig. 12 ist für die Rückkehr der Dämpfe in der Kammer 60 zum Kondensator 16 und zur weiteren Abführung zum Kühler 41 ausser der Druckpumpe 14 für das Einspritzen eine nicht gezeigte Saugpumpe in der Verbindung 52 vorgesehen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren, um beim Giessen von Metallen mit hohem Schmelzpunkt die Qualität des Gussstückes zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Abkühlung des Gussstückes in vorbestimmter Weise durch ein mit der Gussform in Wärmeaustausehbeziehung gebrachtes Material geregelt wird, das bei hoher Temperatur dampfförmig ist und, verglichen mit Wasserdampf, einen niedrigen Druck aufweist und in Flüssigkeitsform in eine die Giessform umgebende Kammer gebracht wird, um bei Verdunstung in der Kammer durch die latente Verdunstungswärme die Giessform abzukühlen, worauf die verdunstete Flüssigkeit abgeführt wird,
und dass gleichzeitig der geschmolzene Teil der Charge einem grösseren Druck ausgesetzt wird als dem des blossen Gewichtes des komplementären Teiles der Charge, welcher nötig ist, um das Gussstück auf die beabsichtigte Form zu bringen, und zur Ausfüllung der beim Erstarren entstehenden Vertiefung während der Bildung derselben dient und ein einheitlicher Teil des Gussstückes wird.