Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von M1etallen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Gie ssen von Metallen, wie zum Beispiel Alumi nium- und Magnesiumlegierungen, die über mehr als 5 der Celsiusskala zähflüssig sind. Es kann sich dabei um das Pressgiessen zäh flüssigen Metalles in geschlossenen Schalen formen unter Ausnützung der Schwerkraft oder Anwendung von Druck oder um das kontinuierliche Strang giessen von Metallen und Metallegierungen mittels einer Strang giessform handeln.
Bekanntermassen ist es von grösster Wich- tigkeit, um beste Ergebnisse beim Giessen von Metallen, insbesondere Leichtmetallen, zu er halten, eine zweckmässige Temperaturrege lung des Metalles bis zu dessen Eintritt in die Giessform erzielen zu können.
Ferner ist bekannt, dass besonders bei Aluminiumlegie rungen die Temperatur so tief, als dies mit der Fliessfähigkeit des Metalles vereinbart ist, gehalten werden sollte. In den bisher ge bräuchlichen Verfahren musste jedoch das ge- schmolzene Metall, infolge der damit ver bundenen -Wärmeverluste, bei einer genügend hohen, diese Wärmeverluste berücksichtigen den Temperatur in die Giessform eingeführt werden. Aber diese Temperaturen verursachen übermässige Schwindung und Bildung von Gasblasen, was natürlich der Herstellung eines befriedigenden Erzeugnisses abträglich ist.
Ausserdem war es nicht möglich, die Tem peratur mit Genauigkeit zu regulieren. Diese Unmöglichkeit der Temperaturregulierung erschwerte beim Giessen unter Druckanwen dung die Erzeugung hoher Drücke, welche bei der Herstellung von Gussstücken guter Qualität wesentlich sind.
Wenn nämlich zu hohe Temperaturen angewendet werden, ist die Fliessfähigkeit des Metalles derart, dass sie zu Schwierigkeiten in der Aufrechterhal tung des Druckes führt, und bei zu tiefen Temperaturen neigt das Metall dazu, im Be hälter oder in der Giessform schon vor der vollständigen Füllung der letzteren zu er- etarreil, Beim Metallgiessen unter Druckranwen- dung ist es allgemein üblich, einen Giess zylinder und Kolben innerhalb des Schmelz kessels anzuordnen, welcher mit dem Innern des Zylinders durch einen Einlass, der durch den Kolben im gewünschten Zeitpunkt ge öffnet und geschlossen wird, in Verbindung steht.
Bei solchen Vorrichtungen wird das im Kessel befindliche Metall üblicherweise nmil tels einer die Aussenseite des Kessels bestrei chenden Flamme oder mittels elektrischer. in das geschmolzene Metall getauchter Heiz- elemente, die thermostatisch reguliert wer den, erhitzt. Beim Stranggiessen von plasti schen Stoffen und gewissen Metallen, wie sie insbesondere zur Aussenverkleidung von heb trischen Kabeln verwendet werden, lässt man bekanntermassen ein Heizmittel. wie Dampf oder Heisswasser, durch enge, teilweise den Druckzy linder oder auch die Austrittslei tung umgebende Kanäle oder Mäntel zirku lieren.
Bei der Spritzgussherstellung wurde auch schon vorgeschlagen, den Einfülltricb- ter und die Spritzdüse mit thermostatisch regulierbaren Heiz- oder Kühlelementen zu versehen. Diese Elemente wären zum Beispiel durch an ihnen vorgesehene mit einem Zirkulationssystem oder mit einer elektri schen Stromquelle verbunden. Es stellte sich jedoch heraus, dass mit diesen Heizmitteln trotz ihrer thermostatischen Regulierung, die Temperatur des zu behandelnden Walles nicht genau auf der für das Strang- oder Pressgiessen innerhalb des ZähNüssigkeits- bereiches geeignetsten Höhe gehalten werden kann.
Bei den bekannten Giessvorrichtungen ob- genannter Art verursachen die die Kessel aussenseite bestreichenden Flammen oder die in das Giessmetall getauchten elektrischen Heizelemente örtliche Erhitzung, besonders wenn sich das Metall in zähflüssigem Zu stand befindet, die vermutlich darauf zurücl- zuführen ist, dass die natürliche Konvek tionsströmung bei solchem Zustand vermin dert ist oder ganz aufgehört hat.
Solch ört liche Erhitzung ist sehr schädlich, indem Temperaturabweichungen in verschiedenen Teilen des Mhetallbades über und unter elen Bereich der Zähflüssigkeit eine ungleich mässige Sclswin eung des Metalle s in der Giess form zur Folge babe n. die Risse oder Poro sität im fertigen Gnssstück verursacht. Der Mangel einer genauen Temperaturregelung ist auch für cdas Stranggiessen nachteilig indem die Uhnstetigkeit der Metalltemperatur unmittelbar vor dem Eintritt in die Form von schädlicher Wirkung auf das gegossene Pro dukt ist.
Erfindungsgemäss wird rnnn (las Giess metall vor seinem Eintritt in die Form durch indirekten Wärmeaustausch mittels einer dieses bis zum Eintritt in die Form umgeben den Heizflüssigkeit, wie zuem Beispiel ge schmolzenen Salzen oder geschmolzen emn Me tall anderer Art als das Giessimetall oder einem Gemisch ans solchen Salzen und Me- lallen. aber nicht Wasser, deren Temperatur thermostatisch reguliert wird, auf die zum Giessen günstigste Temperaturgebracht.
Durclh Verwendung einer Heizflüssigkeit anstatt eines Gases ist eine wesentlich grö ssere Warmemengw pro des Heizmediums verfügbar, entsprechend demn Unterschie zwiselhen derspezifischenWärme einer Flüssigkeit und eines Gasas, so dass zwischen In Heizflüsigkeit und dem ge schmolzenen Giessmetall nur ein kleines Tem peraturgefälle erforcderlich ist.
Die Heizflüssigkeit kann ein Salz, wie Kalium, Natriumntrat oder ein anderes Salz oller eine Mischung solcher Salze, sein: sie kann akwi- auch ein Metall oder eine 3e- tallegierung sein, deren Schn elzpunlkte un- gefälh gleieh oder tiefer als wie derjenige des Giessmetalles isst. zum Beispiel Blei, Zink. Barium, Wismut oder deren Legierungen zum Giessens von Alumninium oder dessen Le gierungen.
Es wird zweckmässig eine Heiz- flüssigkeil smen ge verwendet, deren ther- mische Kapazität grösser ist als die totale thermishic @iapazitüt des Giessmetalle.
Ein Teil dor Hcizl.'lüssigkvit kann in Zir- kulation um die des CTieh- metalle.s und ein gesonderter teil uni die zum Eintritt in die Giessform bereitgehaltene Giessmetallmenge gesetzt werden,
wobei diese beiden Teile der Heizflüssigkeit durch ge meinsame oder gesonderte Mittel erhitzt und thermostatisch reguliert werden können.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens besitzt eine Ausstosskammer, welche einerseits mit einem Behälter für das Giessmetall kommuni ziert, anderseits mit Mitteln zum Zuführen des Metalles zu einer Giessform versehen ist. Ferner sind eine den Giessmetallbehälter und die Ausstosskammer umgebende und zur Auf nahme einer Heizflüssigkeit geeignete Um kleidung, wobei diese Heizflüssigkeit nicht in die Ausstosskammer eintreten kann, und Mittel zum Erhitzen und thermostatischen Regulieren der Heizflüssigkeit in dieser Um kleidung vorgesehen.
Vorzugsweise wird das Giessmetall mit tels eines Kolbens oder einer Förderschnecke unter Druck aus der Ausstosskammer ausge stossen. Dabei ist es zweckmässig, dass der Kolben oder die Förderschnecke mit der Heiz- flüssigkeit in Berührung stehen, um bei ihnen die gleiche Temperatur aufrechtzuerhalten wie in der Wandung der Ausstosskammer und im Giessmetall; dadurch wird zwischen den festen und den beweglichen Teilen eine drucksichere Abdichtung gewährleistet.
Die Ausstosskammer kann die Form eines mit einem Mantel umgebenen Zylinders ha ben und ein Ventil zur Regulierung des Ein trittes des Giessmetalles aus dem Behälter besitzen. Erfolgt das Ausstossen des Giess metalles aus dem Zylinder mittels eines Kol bens, so kann dieser gleichzeitig als Schie ber zum Öffnen und Schliessen des mit dem Giessmetallbehälter in Verbindung stehenden Einlasses dienen. Diese Bauart sieht vor, dass die vom Giessmetall abgekehrte Rückseite des Kolbens durch die Heizflüssigkeit bespült wird.
Ein Vorteil erwächst durch die Verwen dung eines Metalles wie Blei als Heizflüssig keit für die Ausstosskammer, wenn diese mit einem Kolben ausgerüstet ist, indem Blei gleichzeitig als Schmiermittel dient, und be hebt ausserdem die bei Verwendung von Sal- zen eingetretene Schwierigkeit von Undicht heitsverlusten an der Stopfbüchse der Kol benstange. In ein und derselben Anordnung kann die Ausstosskammer mittels Salzen und der Kolben mittels Bleierhitzt werden, wobei Salze und Blei voneinander getrennt gehalten und, wenn wünschenswert, getrennt erhitzt und thermostatisch reguliert werden können.
Der Erfindungsgegenstand wird nachfol gend an drei beispielsweisen Ausführungs formen unter Bezugnahme auf die beiliegen den Zeichnungen beschrieben, in welchen diese Ausführungsformen schematisch darge stellt sind: Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung mit Ausstosskolben.
Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Variante der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform.
Fig. 3 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung mit Förderschnecke.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besitzt die Vorrichtung einen Kessel 1 für die Heizflüssigkeit, in welchem mit Abstand von den Kesselwänden ein trichterähnlicher Behälter 2 für das Giessmetall und unter des sen engem Ende ein Zylinder 3 eingebaut sind. Durch einen Durchlass 4, der mittels eines Ventils 5 reguliert wird, sind Behälte#. 2 und Zylinder 3 miteinander verbunden. Der Zylinder 3 ist an seinem einen Ende mit einem zur Giessform führenden Auslasskanal 6 versehen, der von einem mit dem Kessel 1 kommunizierenden Mantelraum 7 umgeben ist, so dass der Kanal 6 auf seiner ganzen Länge von Heizflüssigkeit umgeben ist.
Im Zylinder 3 ist ein Kolben 8 angeord net, auf dessen dem Auslasskanal 6 abgekehr ten Seite eine Kolbenstange 9 befestigt ist., die durch eine Stopfbüchse 10 an der mit der Kesselseitenwand bündigen Stirnseite des Zylinders 3 geführt ist. Zum Hin- und Her bewegen des Kolbens kann die Kolbenstange von Hand, auf mechanischem oder auf hy draulischem Wege betätigt werden. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass der äussere mnit einem Gewinde 9a versehene Teil der Kol benstange 9 durch einen Ausleger 11 geführt ist und ausserhalb desselben ein mit dem Ge winde 9a in Eingriff stehendes Handrad 14 trägt.
Der Kolben 8 weist an seiner zylindri schen Aussenseite eine breite Vertiefung 8a auf, die durch einen Kanal 8b und eine daran anschliessende, in der Kolbenstange 9 vorge sehene Axialbohrung 9b mit einer Schmnier- vorrichtung 13 in Verbindung steht. Der Kolben 8 trägt Kolbenringe<B>8e,</B> um das An setzen der Heizflüssigkeit, z. B. der Salze, oder eine Verunreinigung des Giessmetalles zu verhindern. Die Zylinderwandung besitzt in ihrem der Rückseite des Kolben zugeord neten Teil Durchbrechungen 3a, durch welche der hinter dem Kolben befindliche Zylinder raum mit dem Kesselinnern 1 kommuniziert.
Der Behälter 2 ist vorzugsweise mit einem darin versenkten Deckel 15 verschlos sen. Über diesem Deckel 15 befinden sich in den Seitenwänden des Behälters 2 Öffnungen 2a, welche die Heizflüssigkeit über dem Deckel 15 eintreten lassen. Ein durch den Deckel 15 führendes Rohr 16 dient zum Ein führen eines Thermoelementes in den Behäl ter 2, um gelegentliche Temperaturmessun gen vornehmen zu können.
Durch eine seitlich am Behälter 2 ange brachte Einfülleitung 17 gelangt das Giess metall durch die Eintrittsöffnung 2b ober halb des Ventils 5 in den Behälter 2. Die Öffnung 2b besitzt einen geringeren Quer schnitt als die Leitung 17, damit die Ein trittsgeschwindigkeit vermindert und Turbu lenz verhindert wird.
Im Kessel 1 erstreckt sich ein Paar Elek troden 18 nach unten, welche unter Kontrolle eines im Kessel nahe am Behälter 2 angeord neten Thermoelementes 18a stehen, so dass die Temperatur der Salze in Ütbereinstim- mung mit der erwünschten Temperatur des Giessmetalle, reguliert wird.
Eine Hilfsheizvorrichtung 19 kann am äussern Ende des Auslasskanals 6 angeord net werden, um die Salze im 'Mantel 7 zu er- Kitzen, falls deren Zirkulation zu langsam und dadurch die Wärmezufuhr zum Mantel 7 ungenügend würde.
Bei Gebrauch der Vorrichtung wird der Kessel 1 mit einer Heizflüssigkeit, beispiels weise obgenannten Salzen, gefüllt und die Heizvorrichtung 18 in Betrieb gesetzt. Isst in der Heizflüssigkeit die Temperatur erreicht. bei welcher das Giessmetall verwendungsfähig ist, so wird das geschmolzene Giessmetall durch die Einfülleitung 17 in den Behälter 2 eingegossen. Wenn mit dem Giessen begon nen werden kann, wird das Ventil 5 geöffnet und der Kolben 8 in seine äussere Endstel- hung zurückgezogen, dann wird das Ventil 5 geschlossen und der Kolben 8 gegen seine innere Endstellung hin bewegt.
Inzwischen hält die Erhitzung der Salze mittels der Elektroden 18 eine kontinuierliche Strömung in der Heizflüssigkeit aufrecht und bewirkt eine Wärmeströmung um den Zylinder 3, den Behälter 2 und dein Auslasskanal 6, so dass das Giessmetall fast bis zum Eintritt in die Giessform auf konstanter Temperatur gehal ten wird und mit gleichmässiger Temperatur in die Giessform fliesst, wobei diese Tempe ratur, dank der thermostatischen Regulie rung der Salze, knapp iiber dem Schmelz punkt des Giessmetalle, gehalten wird. Aus diesem Grund ist die Schwindunng des in der Giessform erstarrenden Giessmetalle, minimal, und Gasblasen entstehen nicht.
Da durch die Heizflüssigkeit, auch der Zylinder 3 und der Kolben 8 auf gleicher Temperatur gehalten werden, ist das Spiel minimal; daher können sehr hohe Ausstoss drücke ohne Sickerverluste angewendet -erden.
Die Anwendung niedriger Temperaturen bedingt ferner geringere Sehwindung des Gusses in der Form. Zum Beispiel beträgt. bei gewissen Altiminiiimle@gierungen das Schwindmass aus flüssigem Zustand ungefähr 0,00203 pro cm=, während beim zähflüssigen Zustand solcher Legierungen das Schwind mass auf (1,00000561 pro cm' sinkt. Es lasen sich somit fehlerfreie Gussstüeke herstellen. bei denen keine Unannehmlichkeiten durch die Sehwindung auftreten.
Ausserdem hat sich herausgestellt, dass Aluminium und dessen Legierungen in zähflüssigem Zustand nicht benetzend sind, so dass eine Korrosion der Vorrichtung einschliesslich der Giessformteile, wie sie bei flüssigem Zustand auftritt, ver mieden wird.
Fig. 2 stellt eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung dar, bei welcher zum Heizen von Behälter 2 und Kolben 8 geson derte Heizflüssigkeiten verwendet werden. Oberhalb des Zylinders 3, nahe beim Kolben stangendurchtritt ist eine zusätzliche Kam mer 20 angeordnet, welche durch die Öff nung 3a mit dem Zylinder 3 in Verbindung steht. Ausser der Heiz- und Reguliervorrich tung 18 und 18a im Kessel 1 befinden sich in der Kammer 20 ein zusätzliches Heizorgan 21 und ein Thermoelement 21a. Kurz vor dem Verlassen des Ausstosskanals wird die Tem peratur des Giessmetalles mittels des Thermo elementes 22 gemessen.
In dieser Ausführungsform der Vorrich tung ergibt sich bei Verwendung von Blei als Heizflüssigkeit in Kammer 20 der weitere Vorteil, dass das Blei überdies als Schmier mittel für Kolben 8 und Zylinder 3 dient, wobei die Kolbenstange 9 massiv statt ausge bohrt ist und der Kolben dafür bei 8c durch bohrt ist, um dem Blei den Durchgang durch die Aussparung 8a zu ermöglichen. Ausser dem ist die Schmierung der Stopfbiichse 10 mit Blei durchführbar, während dies bei Füllung des Zylinders 3 mit Salzen Schwie rigkeiten bereitet.
Bei einer solchen Giesseinrichtung, gleich gültig ob Blei oder Salze zum Heizen des Kolbens verwendet werden, ergibt sich noch der weitere Vorzug, dass beim getrennten Er hitzen und Regulieren der Heizflüssigkeit einerseits im Kessel 1 und anderseits in der Kammer 20 jede gewünschte Temperatur für Kessel oder Kammer eingestellt werden kann, wodurch eine ausserordentlich feine Regelung der Temperatur des Giessmetalles beim Ver lassen des Zylinders 3 erzielt wird.
Beim Stranggiessen kann das Metall in zähflüssigem Zustand in eine gekühlte Form gedriückt werden. Infolge des zähflüssigen Zustandes des Giessmetalles ist dessen Durch fluss über den ganzen Querschnitt der Form gleichmässig, so dass Scherbeanspruchungen zwischen verschiedenen Teilen des Quer- echnittes vermieden werden; die Länge des gegossenen Stranges kann praktisch unbe grenzt sein.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausfüh rungsform, welche insbesondere für konti nuierliche Stranggiessverfahren geeignet ist. Der Kessel 23 enthält die Heizflüssigkeit und der Behälter 24 das Giessmetall. Der Aus stosszylinder 2'5 steht mit dem Behälter 24 durch eine Öffnung 2.6 in Verbindung, die nahe dem der Ausstossöffnung gegenüberlie genden Zylinderende angeordnet ist. Der Zy linder 25 erstreckt sich quer durch den Kes sel 23 und besitzt an seinen Enden Lager 2'7 und 28, in welchen eine Hohlwelle 29 ge lagert ist, die eine hohle, mit dem Hohlraum der Welle durch Bohrungen 29c kommuni zierende Schneckenwendel 3'0 trägt.
Das La ger 28 ist an der einen Stirnseite geschlos sen, während sich die Welle 2,9 über das La ger 27 hinaus erstreckt und ein Vierkantende 29d aufweist, auf welchem ein Kettenrad oder ein anderes Übertragungsmittel zum An treiben der Welle montiert werden kann. Eine auf der Welle 29' sitzende Druckscheibe 31 läuft nahe bei der Öffnung 2.6 zwischen zwei Innenflanschen 25a und 215b des Zy linders 25 derart, dass dadurch eine Art Labyrinthdiehtung ein den Druck aufneh mendes Axiallager der Welle gebildet wird.
Zwischen dem Lager 27 und dem Flansch 2:5a sind im Zylinder 25 Öffnungen 25.e und in der Hohlwelle 29 Öffnungen 29a für die Zirkulation der Heizflüssigkeit angeordnet. während beim Lager 28 Kanäle 2-8a vorge sehen sind, die mit Öffnungen 29b in der Welle 29 in Verbindung stehen. Längskanäle 28b im Lager 28, die in Fig.4 ersichtlich sind, vermitteln dem Giessmetall den Austritt in die Ausgiessleitung 32.
Bei dieser Bauart vollzieht sich die Zir kulation ungehemmt und kontinuierlich durch die Wendel 30 und die Hohlwelle 29, so dass die Wärmeregulierung des Giess metalles bis zu dessen Austritt aus der Vor richtung aufrechterhalten werden kann.
Die beschriebene Förderschneclke ermög- licht eine ununterbrochene Speisung von Giessmetall in die Giessform im Falle von Pressguss. Dabei kann je nach Grösse und Ge stalt der Giessform das Mass der Speisung durch Änderung der Drehgeschwindigkeit der Förderschnecke reguliert werden, um den Füllvorgang der Giessform in erwünschter Weise zu beeinflussen und so die Hlamogeni- tät des entstehenden Gussstücles sicherzu stellen.
Beim Stranggiessen ermöglicht diese Regulierung das Einhalten eines gleichför- mnigen Vorganges und daher auch der Küh lung, so dass ein Produkt von gleiclmässiger Struktur über dessen ganze Länge, wie auch über dessen Querschnitt erhalten wird.
Ist nur stossweise Förderung, er wünsclht, so kann die Förderschnecke mittels einer Sperrklinkenvorrichtung angetrieben werden. Soll die Förderung fortlaufend erfolgen, so kann der Antrieb mittels Elektromotors oder einer andern ständigen Kraftquelle über ein veränderliches Reduktionsbetriebe, zum Bei spiel ein Reibradgetriebe, bewirkt werden.
Um beim Stranggiessen von Metallen die Kühlung zu gewährleisten, wird die Strang giessform zweckmässig etwas länger dimen sioniert als bei üblichen Strangg-iessverfaliren, und die Kühlung erfolgt vorzugsweise mit tels Kühlmantel.
Als Variante einer kontinuierlichen För- dervorrichtung können auch zwei oder mehr Zylinder mit Kolbenförderung und kombi niertem Austritt zur Anwendung gelangen, wobei die Kolben in bleichmässigem Turnus arbeiten.
Ferner können anstatt einer einzigen, mehrere Austrittsstellen bei Anwendung eines oder mehrerer Zylinder und Kolben vorge sehen sein.
Im Falle von eisenhaltigen Metallen und deren Legierungen kann als Heizfliüssigkeit Kupfer verwendet werden.