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Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von Gegenständen, derart, dass ein Stoff in flüssigem
Zustand in eine entlüftete Form eingesaugt wird
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen, derart, dass ein Stoff in flüssigem Zustand in eine entlüftete Form eingesaugt wird.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur schnellen Massenherstellung kleinerer Gegenstände durch Giessen mit einer einfachen Vorrichtung.
Das Entlüften der Gussform vor dem Giessvorgang wird angewendet, um Gaseinschlüsse im Gussstück zu verhüten. Es ist schon bekannt, die Giessflüssigkeit der höher als der Schmelztiegel gelegenen Giessform über ein Steigrohr zuzuführen. Diese Vorrichtung ermöglicht eine besonders rationelle Füllung sämtlicher Teile der Giessform, indem die Giessflüssigkeit beim Ansteigen im Steigrohr beschleunigt und am Ende der Füllung plötzlich verzögert wird, wobei ein sehr grosser Druck entsteht, der das Vordringen der Giessflüssigkeit in sämtlichen Teilen der Form stark begünstigt (sogenanntes Stossgiessen). Das Steigrohr wird hier also bei jedem Giessvorgang erneut mit Flüssigkeit gefüllt.
Beim Stossgiessen mittels eines Steigrohrs in einer entlüfteten Form sind Massnahmen zu treffen, um zu verhüten, dass die Flüssigkeit ansteigt und die Giessform füllt, bevor diese entsprechend entlüftet worden ist. Bekannt ist schon, einen Verschluss im Steigrohr anzubringen ; dies bereitet jedoch viele Schwierigkeiten, weil der Verschluss im Betrieb sehr heiss und von der Giessflüssigkeit stark angegriffen wird. Man hat deshalb schon Vorrichtungen verwendet, bei denen die Form über das Steigrohr dauernd mit dem Flüssigkeitsbad (dem Schmelztiegel) verbunden ist. Hiebei werden Giessform und Schmelztiegel zuvor gleichzeitig entlüftet und es wird nach vollständiger Entlüftung der Schmelztiegel mit Druckgas, z. B. Luft, gefüllt.
Dies ist ein umständliches Verfahren, dem ausserdem der Nachteil anhaftet, dass der Schmelztiegel vakuumdicht und gegen Druck widerstandsfähig sein muss.
Bei einer bereits bekannten Einrichtung ist die Giessform über das Steigrohr dauernd mit einem offenen Schmelztiegel verbunden und kann zur schnellen Entlüftung über einen Ver- schluss mit einem entlüfteten Gefäss in Verbindung gebracht werden. Es hat sich bei dieser Einrichtung als nicht gut möglich gezeigt, die Giessform ohne Anwendung eines Verschlusses im Steigrohr genügend stark zu entlüften, bevor die schnell ansteigende Flüssigkeit in die Giessform eingedrungen ist.
Gemäss der Erfindung wird ebenfalls eine Giessform verwendet, die dauernd mit einem vorzugsweise offenen Flüssigkeitsbad verbunden ist. Die letztgenannten Nachteile werden aber vermieden, u. zw. dadurch, dass die Giessform bei jedem Giesszyklus sehr schnell entlüftet wird und die strömende Flüssigkeit im Steigrohr unterhalb des oberen Endes desselben derart gebremst wird, dass ein angemessenes Vakuum, z. B. von nur einigen Millimetern Quecksilbersäule erreicht worden ist, bevor die Giessflüssigkeit den Giessraum erreicht, so dass die Geschwindigkeit der Flüssigkeit gross genug ist, um die Form mit einem Stoss unter hohem Druck zu füllen.
Gewünschtenfalls kann man das Bad auch dem Druck anderer Gase, gegebenenfalls von mehr als einer Atmosphäre, aussetzen.
Die erforderliche Verzögerung kann dadurch erhalten werden, dass im Steigrohr, vorzugsweise an dem sich im Flüssigkeitsbade befindenden Ende des Steigrohres, eine Verengung vorgesehen ist. Es zeigt sich, dass diese Verengung die Aufstiegszeit im Steigrohr in hohem Masse vergrössert, ohne die Geschwindigkeit bei der Eintrittsöffnung stark herabzusetzen. Die Aufstiegszeit der Flüssigkeit lässt sich weiter dadurch vergrössern, dass dem oberhalb der Verengung liegenden Teil des Steigrohres ein grosses Volumen gegeben wird, z. B. mehr als das Fünffache des Volumens der Gussform. Der Teil unterhalb der Verengung wirkt naturgemäss nicht oder nur in sehr geringem Masse an der Verzögerung mit.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung treten Verzögerungen von der Grössenordnung von 0 5 sek. und mehr auf. Zum Vergleich soll erwähnt werden, dass die Ansteigzeit bei einem Steigrohr ohne Verengung von der Grössenordnung von 0-1 sek. und weniger ist.
Das grosse Volumen des Steigrohres kann durch einen grossen Querschnitt oder eine grosse Länge
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oder die Kombination beider erzielt werden. Das
Volumen soll so gross sein, dass die Flüssigkeit mit der erforderlichen Geschwindigkeit in die
Gussform eintritt. Der in der Gussform ent- stehende Druck im Augenblick, als diese gerade ganz gefüllt ist, ist proportional der Bewegungs- energie der gesamten im Steigrohr befindlichen
Metallmasse, nimmt also mit der Länge des
Verbindungsrohres zu. Vorzugsweise hat das
Steigrohr solcheAbmessungen, dass imAugenblick, da die Gussform gefüllt ist, durch Verzögerung der Flüssigkeitssäule in der Gussform ein Druck von wenigstens 20 Atmosphären entsteht.
Eine
Länge des Steigrohres oberhalb der Verengung von wenigstens dem Fünffachen des grössten
Ausmasses der Giessform erweist sich als zweck- entsprechend.
Das hier beschriebene neue Verfahren zum
Vakuumstossgiessen besitzt die Vorteile der bekannten Vakuumgiessverfahren unter Ver- meidung der ihnen anhaftenden Nachteile ; ins- besondere wird der Schmelztiegel hiebei ganz wesentlich weniger angegriffen, da das Metall im
Tiegel stets mit einer Oxydhaut überzogen bleibt.
Ausserdem ist es sehr gut möglich, zu giessen, ohne den Schmelztiegel einem Druck grösser als dem atmosphärischen Druck auszusetzen ; in diesem Falle ist ein gewöhnlicher Graphittiegel verwendbar.
Die durch die Anwendung der Erfindung erzielte Zeitersparnis nimmt noch zu, wenn der
Inhalt des Flüssigkeitsbades für sehr viele aufeinanderfolgende Giessvorgänge ausreicht. Bei jedem Giessvorgang wird in diesem Falle, also infolge der Entlüftung des Gusshohlraumes, diese ganze Masse in Bewegung gesetzt.
Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung erläutert, die aus einer einzigen Figur besteht, in der ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Anwendung des Verfahrens gemäss der Erfindung dargestellt ist.
Im Schmelztiegel 1 befindet sich das Flüssigkeitsbad 2, das durch Brenner 3 und 4 erhitzt wird. Die Verbrennungsgase werden durch das Abführungsrohr 5 abgesaugt. Die Gussform, die hier aus einer oberen Matrizenhälfte 6 und einer unteren Matrizenhälfte 7 besteht, ist mittels der Steigröhre 8, die eine Länge von 30 cm und einen Durchmesser von 30 mm hat, mit dem Flüssigkeitsbad verbunden. Diese Steigröhre weist unten eine Verengung 9 mit einem Durchmesser von 6 mm auf ; sie wird von einem elektrischen Ofen 12 erhitzt. Zwischen der unteren Matrizenhälfte 7 und der Steigröhre 8 ist ein kurzes Verbindungsstück 11 angeordnet, das mit einer Einspritzöffnung 10 mit einem Durchmesser von 3 mm versehen ist.
Dies dient dazu, zwischen dem Durchmesser der Steigröhre 8 und dem Durchmesser der Öffnung in der unteren Matrizenhälfte 7, die gemäss den allgemein bekannten Spritzguss-
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gang zu erhalten. Das Verbindungsstück 11 kann gesondert mittels des elektrischen Ofens 13 erhitzt werden. Selbstverständlich kann auch auf andere Weise, z. B. mittels eines Gasbrenners, eine zu starke Kühlung des Verbindungsstückes 11 vermieden werden, oder es kann mittels einer geeigneten Bauart der Wärme- übergang von 11 auf 7 ohne besondere Erhitzung in genügendem Masse beschränkt werden. Die Gussform ist durch die Vakuumglocke 16 abgedeckt, die auf der oberen Matrizenhälfte 6 aufruht und mittels eines Gummianschlussringes 14 vakuumdicht in bezug auf den Zylinder 24 abgeschlossen ist.
Um eine Beschädigung des Gummiringes zu verhindern, ist eine Wasserkühlung 23 vorgesehen. Der innere Raum der Gussform steht mittels eines engen schlitzartigen Raumes 20 mit dem ringförmigen Raum 21 zwischen der Vakuumglocke 16 und der oberen Matrizenhälfte 6 in Verbindung. Dieser ringförmige Raum 21 ist durch eine Vakuumleitung 22, in der sich der Hahn 17 befindet, mit dem Vakuumraum 18 verbunden. Der im Raum 18 herrschende Druck wird sehr niedrig gehalten, da die Vakuumpumpe 19 mit diesem Raum dauernd verbunden ist.
Der Giessvorgang beginnt mit dem Umlegen des Hahnes 17, wodurch die Steigröhre 8, die Gussform, der schlitzförmige Raum 20, der ringförmige Raum 21 und die Vakuumleitung 22 mit dem Vakuumraum 18 verbunden werden. Der Inhalt des letzteren ist so gross in bezug auf den gesamten Inhalt des zu entlüftenden Teiles, dass sehr schnell ein wesentlicher Abfall des Druckes eintritt. Unter dem Druck der Atmosphäre oder eines Gases, das in einer nicht dargestellten Glasglocke über der Flüssigkeit im Schmelztiegel 1 steht, fängt die Flüssigkeit an, durch die Verengung 9 in die Verbindungsröhre 8 emporzusteigen. Es dauert 0-6 sek., bevor die Gussflüssigkeit die Öffnung in der unteren Matrizenhälfte 7 erreicht hat.
In diesem Zeitraum ist auch infolge der dauernden Wirkung der Vakuumpumpe 19 in der Gussform ein genügendes Vakuum erreicht. Die Gussflüssigkeit tritt nun mit der erforderlichen Geschwindigkeit in die Gussform ein. Ist letztere ganz gefüllt, so fliesst das flüssige Metall durch die schlitzartige Öffnung 20, die derart bemessen ist, dass hier Erstarrung stattfindet, bevor das Metall in die ringförmige Öffnung 21 gelangt. Da der Strömungswiderstand nun vergrössert wird, wird die Geschwindigkeit in einen Druck umgesetzt, der ausreichend ist, um die Form bis in die feinsten Ausläufer zu füllen. Dies ist von grosser Wichtigkeit. Es ist nämlich nicht möglich, die Ausläufer langsam zu füllen, da in diesem Falle eine zu grosse Kühlung und daher Erstarrung eintreten würde.
In dem Augenblick, wo die Füllung vollkommen ist, ist der Druck von der Grössenordnung von 100 atom. Dies entspricht den Ergebnissen der Theorie. Um nicht hochgehoben zu werden, müssen die Vakuumglocke 16 und die obere Matrizenhälfte 6 durch einen Pressdruck P niedergedrückt werden, es sei denn, dass die Vakuumglocke 16 so gross ist, dass der
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atmosphärische Druck ausreichend ist, um das Anheben zu verhindern.
Nach erfolgter Erstarrung wird dadurch, dass der Hahn 17 in die dargestellte Lage zurückgebracht wird, die freie Luft in die Räume 20 und 21 eingelassen. Die Vakuumglocke 16 und die obere Matrizenhälfte 6 können nacheinander abgenommen werden, so dass der hergestellte Gegenstand aus der Form entfernt werden kann.
Die Vakuumglocke 16 und die beiden Matrizenhälften 6 und 7 werden vorzugsweise jedesmal, sobald die Matrize gefüllt ist, angehoben, so dass sie eine niedrige Temperatur behalten. Die Gussflüssigkeit sinkt inzwischen durch die Steigröhre 8 bis in den Schmelztiegel 1. In dem zum Herausnehmen des Gegenstandes erforderlichen Zeitraum wird der Vakuumraum 18 von der Vakuumpumpe 19 weiter entlüftet.
Der grosse Druck, der in dieser einfachen Anlage erhalten wird, und der im richtigen Augenblick in der Flüssigkeit entsteht, hat ein ausserordentlich gutes Anliegen der Gussflüssigkeit an den Wänden der Gussform und ein Eindringen der Flüssigkeit bis in die feinsten Ausläufer zur Folge und dies sogar bei Verwendung von Metallen, die bei Erstarrung einer erheblichen Schrumpfung unterliegen. Insbesondere wird die Massenherstellung von kleinen Gegenständen durch die Erfindung erleichtert. Infolge der geringen Zeitdauer, in der sich der ganze Giessvorgang abspielt, wird eine grosse Schnelligkeit der Erzeugung erzielt. Es sei beispielsweise erwähnt, dass etwa 500 Giessvorgänge in der Stunde erreicht werden.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zum Giessen von Gegenständen derart, dass ein Stoff in flüssigem Zustand in eine entlüftete Form eingesaugt wird, durch ein Steigrohr, über welches die Giessform dauernd mit dem Flüssigkeitsbad verbunden ist, wobei der Giessdruck, vorzugsweise der atmosphärische Druck, dauernd auf die Giessflüssigkeit einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessform (6, 7) bei jedem Giesszyklus sehr schnell entlüftet wird und die strömende Flüssigkeit im Steigrohr (8) unterhalb des oberen Endes derart gebremst wird, dass ein angemessenes Vakuum, z. B. von nur einigen Millimetern Quecksilbersäule, erreicht worden ist, bevor die Giessflüssigkeit den Giessraum erreicht, so dass die Geschwindigkeit der Flüssigkeit gross genug ist, um die Form mit einem Stoss zu füllen und dabei einen hohen Druck zu erzeugen.