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Vorrichtung zum Giessen von geschmolzenem Metall im Vakuum
Das Stammpatent betrifft eine Vorrichtung zum Giessen von geschmolzenem Metall im Vakuum, mit einer Entgasungskammer, einer Einrichtung zum Evakuieren der Luft aus der Entgasungskammer, einer Giessform, einer Einrichtung zur Freigabe des Ausströmens von geschmolzenem Metall aus einer Giesspfanne und Durchleiten des Metalls durch die Entgasungskammer in die Giessform, wodurch eine thermisch bedingte unterschiedliche Ausdehnung der Entgasungskammer und der Form stattfindet, und einem Körper aus einer nachgiebigen hitzebeständigen Dichtungsmasse, die zwischen der Giessform und einem mit der Entgasungskammer verbundenen biegsamen Abdichtungskragen angeordnet ist, um während des Giesszeitraumes die Giessform und die Entgasungskammer miteinander in vakuumdichter Verschlussbeziehung zu halten.
Bei dieser Vorrichtung übt der biegsame Abdichtungskragen auf die Dichtungsmasse während des Gie- ssens Verformungskräfte aus, die zur Sicherung des vakuumdichten Verschlusses beitragen. Die Dichtungmasse ist vorzugsweise eine solche, die sich bei den Temperaturen, die nach Beendigung des Giessvorganges erreicht werden, zu zersetzen vermag.
Die Dichtungsmasse soll ausreichend fliessfähig sein, damit sie an den Metallflächen der Entgasungskammer und der Giessform anhaftet, und sich verfestigen kann, wenn sie mit bis auf 2040 C erhitzte Metallflächen in Berührung gebracht wird, um ein zähes, verformbares und biegsames Harz zu bilden, das an den Metallflächen fest haftet, und sie soll in diesem verfestigten Zustand einem Fliessen oder einer Zersetzung bis zu Temperaturen von wenigstens 3150C während einer begrenzten, der Giessdauer entsprechenden Zeitdauer widerstehen und nachher zu einer trockenen pulverartigen Masse zerfallen, die von der Giessform bequem entfernt werden kann.
Durch die Erfindung wird in weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung nach dem Stammpatent die Abdichtung zwischen der Entgasungskammer und der Giessform noch dadurch verbessert, dass der biegsame Abdichtungskragen nachgiebig und dehnbar bzw. ausweitbar ist, so dass der Kragen beim Evakuieren der Entgasungskammer durch den Atmosphärendruck nach innen biegbar ist, um die Dichtungsmasse in abdichtende Lage zwischen dem Kragen und der Giessform zusammenzudrücken, und durch die von der bei Wärmedehnung der Form von dieser nach aussen verdrängten Dichtungsmasse auf den Kragen ausgeübte Kraft ausdehnbar bzw. ausweithar ist, um sich nachgiebig mit der Form zu bewegen und die Dichtungsmasse während des Giessvorganges in dauernder Lagebeziehung sowohl zu dem Kragen als auch zu der Giessform zu halten.
Als eine wirksame Dichtungsmasse, welche die schon angegebenen Eigenschaften hat, hat sich eine Mischung erwiesen, die aus drei Komponenten besteht, nämlich einem Glycidylpolyäther von niedrigem Molekulargewicht, einem Kondensationsprodukt eines solchen Polyäther mit einem Glykol und einem
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Härtungsmittel. Die erste Komponente wird durch Umsetzung eines zweiwertigen Phenols mit Epichlor- hydrin bereitet, um einen Glycidylpolyäther zu erzeugen, der ein mittleres Molekulargewicht von etwa
350 bis 450 hat. Die zweite Komponente ist das Reaktionsprodukt eines solchen Glycidylpolyäthers mit einem Glykol, z. B. Äthylenglykol, um ein Produkt zu erhalten, das ein Molekulargewicht von etwa
385 bis 485 hat. Die dritte Komponente ist ein Härtungsmittel, das dahin wirkt, die Epoxyverbindungen zu verketten.
Das bevorzugte Härtungsmittel ist eine Mischung eines primären Härtungsmittels aus Py- romellithsäureanhydrid und eines sekundären Härtungsmittels, das ein oder mehrere Anhydride organi- scher Säuren enthält.
Wenn es gewünscht wird, die Härtungs- bzw. Verfestigungszeit abzukürzen, können der Mischung verschiedene bekannte Härtungsbeschleuniger zugegeben werden, zu denen z. B. a-Methylbenzyldime- thylamin, n-Butylamin, Pyridin und N-Methylpyridin gehören. Sie werden in katalytischen Mengen von
0,5 bis 3 Gew. -0/0 der Harze in der Mischung verwendet.
Zusätzlich zu den oben genannten Grundbestandteilen ist es vorteilhaft, der Mischung verschiedene
Füllstoffe zuzugeben, um das Volumen zu erhöhen, die Viskosität einzustellen, die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen und infolgedessen eine gleichmässigere Verfestigung und. einen niedrigeren Wärmeausdeh- nungskoeffizienten zu erhalten. Unter den Füllstoffen, die verwendet werden können, sind zerstäubtes
Aluminium, Eisen, Kupfer oder Aluminiumoxyd, Kieselerdepulver, Glimmer und Asbest zu nennen. Faserstoffe, wie feiner Asbest, haben das Bestreben, das Harz zusammenzubinden und Unterschieden in der Wärmeausdehnung zwischen dem Harz und dem mit ihm verbundenen Metall. entgegenzuwirken. Die
Menge des Füllstoffes kann von einigen wenigen Prozenten bis zu dem Drei-oder Vierfachen des Gewichtes des Harzes variieren.
Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 ist eine senkrechte Schnittansicht der Vakuumgiessvorrichtung gemäss der Erfindung, die weiterhin zum Giessen einer Anzahl von Gussstücken geeignet ist. Die Fig. 2,2a, 2b und 2c veranschaulichen die Abdichtwirkung des in Fig. 1 dargestellten Kragens. Die Fig. 3 und 4 geben abgeänderte Ausführungen des Kragens, der Entgasungskammer und der Giessform wieder. Fig. 5 ist ein Querschnitt durch einen Ventilmechanismus.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage weist eine Giesspfanne Ll üblicher Art. auf, die am Boden mit einer Tülle 60 versehen ist, der eine einstellbare Absperrstange 62 zugeordnet ist. Geschmolzenes Metall MI wird aus der Pfanne LI in eine Entgasungskammer 10'geleitet, die auf einer Giessform 2'abgestützt und gegen sie abgedichtet ist. In dem Aufbau der Entgasungskammer befindet sich eine untere Giesspfanne L2, die mit einer hitzebeständigen Auskleidung 22'versehen ist. Eine Düse 22a dient zum Auslassen des geschmolzenen Metalls aus der Pfanne L2, wie dies in Fig. 1 schematisch angedeutet ist.
Die Entgasungskammer 10'ist an der Oberseite mit einem rohrförmigen Abschnitt 11'verse- hen, der einen Flansch 13'aufweist, der einen Mantel 18'der Pfanne aufnimmt. Der Mantel 18. ist mit einem Flansch 20b versehen, auf dem ein Flansch 20a der unteren Giesspfanne L2 angeordnet ist. Mit 20d ist ein Dichtungsring angedeutet. Die Pfannenauskleidung 22'ist weiterhin mit einer schmelzbaren Scheibe 26'aus Aluminium oder Magnesium versehen, die mit dem Pfannenmantel 18'durch einen geflanschten Teil 24'und Bolzen 24a und 24b in abdichtendem Eingriff gehalten wird. Unterhalb des Teiles 24'befindet sich ein hitzebeständiger Sprühschirm 28'zum Begrenzen des Stromes von Metalltropfen.
Die Entgasungskammer 10'hat ein zylindrisches äusseres Gehäuse, das an seiner unteren Seite in einem rohrförmigen Lagerabschnitt 10c endet, der eine kastenförmige Gestalt hat, die so gewählt ist, dass sie mit der rechteckigen Gestalt des oberen Endes der Giessform 2'übereinstimmt. Die Unterkante des Lagerabschnittes 10c ist auf der oberen Fläche 8'der Giessform 2'abgestützt, in die am oberen Ende ein Giessaufsatz 19'unter Zwischenfügung einer Dichtung 5'eingesetzt ist.
Gemäss der Erfindung ist die Entgasungskammer 10'mit einem biegsamen Metallkragen 12' kombiniert, der nachgiebig und ausweitbar ist. Dieser Kragen 12'kann aus elastischem Stahl bestehen, so dass er sich in zwei Richtungen verbiegen kann. Er ist an der Unterseite der Entgasungskammer befestigt. Dieser biegsame Kragen 12'ist mit seiner Unterkante in einer Dichtungsmasse 30'eingebettet, die in einer Nut 31'angeordnet ist, die in der oberen Fläche 8'der Form 2'ausge- bildet ist. Der Kragen 12'erstreckt sich rings um die Form und bildet eine nachgiebige Dichtungswand.
Es ist ersichtlich, dass der Lagerabschnitt 10c innerhalb des Abdichtkragens 12'in einer solchen Stellung angeordnet ist, dass er ihn gegen die hohe Temperatur abschirmt, die innerhalb der Giessform und der Entgasungskammer auftritt, wenn ein Giessvorgang stattfindet.
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Die Verschlussstange 62 wird dann von dem Bedienenden angehoben, so dass das Metall Ml in die vorerhitzte Pfanne L2 abfliesst. In dem unteren Ende der Pfanne L2 wird zufolge seiner konischen Gestalt und seines kleinen Volumens rasch ein Flüssigkeitsabschluss gebildet. Die konische Gestalt und das kleine Volumen wirken so zusammen, dass es nicht nötig ist, eine Verschlussstange vorzusehen.
Sobald der Flüssigkeitsabschluss gebildet ist, schmilzt das Metall die schmelzbare Scheibe 26'und strömt aus der Düse 22a aus.
Beim Eintritt in die Vakuumkammer zerteilt sich der Metallstrom in Tröpfchen. Die Ausbreitung des Stromes an der Düse kann beispielsweise über einen Winkel von 90 bis 1200 erfolgen. Die Ausführung der Düse 22a ist für die Regelung der Zerteilung des Metallstromes wichtig, indem die Neigung gewisser viskoser Legierungen reduziert wird, grosse glockenförmige Tropfen zu bilden. Solche grosse Tropfen wachsen schnell während des Giessens, bis sie sich an den Schirm 28'. anschweissenundeinunerwilnsch- tes Zersprühen und Auftreffen des Stromes auf die Wandung des Giessaufsatzes und der Form verursachen.
Wenn der Metallstrom nach unten durch dte Entgasungskammer hindurchgeht, wird die Ausbreitung der Tropfen durch den den Strom zusammendrängenden Schirm 28'reduziert. Der Schirm 28'hindert die geschmolzenen Tröpfchen daran, an den unteren Innenteilen der Entgasungskammer und des Giessaufsatzes und an derFormwandung einen Aufbau aus verfestigtem Metall zu bilden.
Eine durch das Aufschlagen von Metall bedingte Erosion des hitzebeständigen Giessaufsatzes beein- flusst die Reinheit des Gussblockes, und ein Aufbau von Tropfen an der Formwand erzeugt Risse und Grind auf den Oberflächen der geschmiedeten und gewalzten Gussblöcke. Es wurde gefunden, dass bei Verwen- dung des Schirms 28'die Oberflächen der im Vakuum gegossenen Gussblöcke den in Luft gegossenen
Gussblöcken weit überlegen sind. Gewünschtenfalls kann die Zufuhr von Legierungszusätzen mit einer vorbestimmten gleichförmigen Geschwindigkeit während des Giessvorganges durchgeführt werden, indem die Rotationsgeschwindigkeit einer aus Segmenten bestehenden Trommel 32'geregelt wird.
Während des Eingiessens tritt eine weitere Entgasung auf, indem Gas aus dem Metall in der Giessform freigesetzt wird. Die Kombination von hohem Vakuum und einer kalten rauhen Formfläche fördert eine weitere Entwicklung von Gas. Wenn der Metallspiegel in dem Giessaufsatz 19'ansteigt, verhindert die
Stahlwolledichtung 5', dass Metall zwischen dem Giessaufsatz 19'und der Form 2'nach oben hindurchsickert und in die Entgasungskammer eintritt.
Wenn der Metallspiegel in dem Giessaufsatz 19'eine Höhe erreicht, die etwa 2,5 oder 5 cm unter dem oberen Ende des Aufsatzes liegt, wird die Verschlussstange 62 gesenkt und dadurch der Metallausfluss aus der oberen Giesspfanne Ll gestoppt. Das restliche Metall in der unteren Pfanne L2 fliesst weiter aus und füllt den Giessaufsatz gerade aus. In dem Augenblick, in dem der Metallausfluss aus der Giesspfanne L1 gestoppt wird, wird der der Vakuumpumpe zugeordnete Ventilmechanismus in der im Stammpatent erläuterten Weise betätigt.
Nach Beendigung des oben beschriebenen Arbeitsvorgangs wird die Leitung 10d abgenommen. Die Giessform und der Kammeraufbau werden so lange in ihrer Lage gelassen, bis das eingegossene Metall in der Form sich vollständig verfestigt hat. Dies kann eine Stunde oder mehr bei einem Gussblock von etwa 2 bis 4 to erfordern. Während dieser Zeitdauer erhöht die aus dem sich verfestigenden Metall abgegebene Wärme die Temperatur der Form auf 538-8150 C und zersetzt die Dichtungsmasse 30a zu einem Pulver. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Gussblock von der Form abgestreift wird, ist die Dichtungsmasse vollständig zersetzt. Nach der Entfernung des Gussblocks kann die Formnut 31'ausgeblasen oder leicht ausgebürstet werden, und sie ist dann wieder zur Aufnahme neuen Dichtungsmittels bereit, wenn sie kühl genug ist.
Vor dem Guss gemäss vorstehender Beschreibung wird die Form in etwa 30 sec auf etwa 0, 02 mm evakuiert, und falls zusätzliche Zeit zur Verfügung steht, werden Drücke bis herab auf etwa 0,001 mm erreicht, wenn der hitzebeständige Giessaufsatz entgast ist. Es sei bemerkt, dass ein absoluter Druck von 0, 00076 mm gleich einem Millionstel einer Atmosphäre ist und dass während des Giessintervalls Drücke von 0, 1 mm abwärts bis herab zu 0,045 mm häufig beobachtet wurden. Diese Werte liegen weit unterhalb 0,75-2 mm, wie sie bei üblichen Vakuumgiessverfahren erhalten werden.
Der biegsame Abdichtkragen 12'und seine Anordnung relativ zu der Entgasungskammer 10' und der Giessform 2'können in verschiedener Weise abgeändert werden. Beispielsweise zeigt Fig. 3 eine biegsame Abdichtwand 12", die mit einem Flansch 13" einer Entgasungskammer 15" durch Schweissen oder durch andere zweckentsprechende Mittel verbunden ist. Das untere Ende der Abdichtwand 12" ist abdichtend in eine Dichtungsmasse 17"eingesetzt, und der im Abstand von der Wand 12" liegende innere Lagerabschnitt der Entgasungskammer 15" steht mit der Form in abdichtendem
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Eingriff, um einen abgeschlossenen Raum zu schaffen.
Dieser abgeschlossene Raum kann evakuiert wer- den, um eine Wärmeisolierung zum Schutz der Abdichtwand 12" sowie der Teile der Dichtungsmasse zwischen der Abdichtwand und dem Lagerabschnitt der Kammer gegen die Wärme des geschmolzenen
Metalls zu schaffen, das aus einer Giesspfanne 19" abgegeben wird.
Die Abdichtwand 12" kann ein Kragen von rechteckiger, kreisförmiger oder anderer gewünschter
Gestalt sein, der beispielsweise aus einem zweckentsprechenden Metall oder einem andern Material be- steht und dessen Zusammensetzung und Gestalt in Zusammenarbeit mit einer Dichtungsmasse und zweck- entsprechenden Wärmeisoliermitteln relativ hohen Temperaturen während eines kurzen Giessintervalls widersteht, während er der Biegungswirkung sowohl nach innen als auch nach aussen unterworfen wird und eine zufriedenstellende Abdichtung aufrechterhält.
Es kann weiterhin erwünscht sein, eine biegsame Abdichtwand und eine Dichtungsmasse in Verbin- dung mit ändern Arten von Giessformen zu verwenden. Beispielsweise ist in Fig. 4 eine Abdichtwand 12g wiedergegeben, die an einem Flansch 13g einer Entgasungskammer 15g befestigt ist, die auf einem
Sockel 2g angeordnet ist. Der Sockel 2g bildet eine Basis für einen aufrechtstehenden Formteil 4g, der in getrennter Lage zu der Entgasungskammer 15g angeordnet ist, um einen eingeschlossenen Raum 6g zu bilden. Das untere Ende der Abdichtwand 12g ist abdichtend in eine Dichtungsmasse 8g in einer Nut 9g des Sockels 2g eingebettet.
Wenn geschmolzenes Metall aus einer Pfanne 10g in die Form eingegossen wird und die Luft aus der Entgasungskammer durch eine Leitung 16g hindurch abgesaugt wird, so wird ein evakuierter Raum 14g geschaffen. Dadurch tritt vorübergehend eine Einwärtsbiegung der Abdichtwand 12g auf, der eine Auswärtsbiegung der Abdichtwand folgt, wenn auf sie von dem geschmolzenen Metall über den Sockel 2g Wärme übertragen wird, was bewirkt, dass dieser Teil sich ausdehnt und die Abdichtwand ausweitet, wodurch die Dichtungsmasse 8g zusammengedrückt wird, um einen sehr dichten Abschluss zu schaffen.
Es hat sich herausgestellt, dass das oben beschriebene Verfahren und die Vorrichtung den Wirkungsgrad des Vakuumgiessens bis zu einem Punkte verbessern, der bisher nicht erreicht werden konnte.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Giessen von geschmolzenem Metall im Vakuum, mit einer Entgasungskammer, einer Einrichtung zum Evakuieren der Luft aus der Entgasungskammer, einer Giessform, einer Einrichtung zur Freigabe des Ausströmens von geschmolzenem Metall aus einer Giesspfanne und Durchleiten des Metalls durch die Entgasungskammer in die Giessform, wodurch eine thermisch bedingte unterschiedliche Ausdehnung der Entgasungskammer und der Form stattfindet, und einem Körper aus einer nachgiebigen hitzebeständigen Dichtungsmasse, die zwischen der Giessform und einem mit der Entgasungskammer verbundenen biegsamen Abdichtungskragen angeordnet ist, um während des Giesszeitraumes die Giess form und die Entgasungskammer miteinander in vakuumdichter Verschlussbeziehung zu halten, nach Patent Nr.
245176, dadurch gekennzeichnet, dass der biegsame Kragen (12') nachgiebig und dehnbar bzw. ausweitbar ist, so dass der Kragen beim Evakuieren der Entgasungskammer (10") durch den Atmosphärendruck nach innen biegbar ist, um die Dichtungsmasse in abdichtende Lage zwischen dem Kragen und der Giessform zusammenzudrücken, und durch die von der bei Wärmedehnung der Form (2') von dieser nach aussen verdrängten Dichtungsmasse (30') auf den Kragen (12') ausgeübte Kraft ausdehnbar bzw. ausweitbar ist, um sich nachgiebig mit der Form zu bewegen und die Dichtungsmasse während des Giessvorganges in dauernder Lagebeziehung sowohl zu dem Kragen als auch zu der Giessform zu halten.
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