Verfahren und Vorrichtung zum Betriebe von unter Vakuum arbeitenden Schmelz-und Giessöfen.
Bei der lIerstellung von reinen und gasfreien Werkstoffen mit genau definierter Zu sammensetzung müssen Schmelzen und Giessen derselben unter Luftabschlu¯ oder in einer SchutzgasatmosphÏre erfolgen, wobei Sehmelztiegel und Giessform im Innern eines gasdieht abgeschlossenen und luftleeren Kessels untergebracht sind. Zum Beheizen des Schmelz- tiegels dient eine elektrisehe, beispielsweise aus einem Widerstandskorper oder aus einer Hoehfrequenzspule bestehende Heizvorrieh- tung.
Insbesondere beim Schmelzen mittels Hochfrequenz ist es im allgemeinen nieht m¯g lich, den ganzen Einsatz an niederzuschmel- zenden Werkstoffen von vornherein in den Schmelztiegel einzuf llen, um ein Verklemmen im Tiegel zu vermeiden und den Schmelz- vorgang unter g nstigen elektrischen Wir kungsgraden durchzuführen. Die Erfahrung lehrt, dass beim Schmelzen mittels Hochfrequenz zu Beginn nur ein Teil des vorgesehenen Tiegeleinsatzes in den Sehmelztiegel einzufüllen, derselbe zu einem Schmelzsumpf vorzuschmelzen und das weitere Material dann allmÏhlich zuzugeben ist, wobei darauf ge- achtet werden mu¯, dass der Tiegeleinsatz möglichst nie vollständig erstarrt.
Beim Schmelzen unter Luftabschluss ist die Zugabe von Material während des Sehmelzvorganges jedoeh erheblich erschwert. Das Einschleusen von Material in den hoehevakuierten Kessel ist nur mit komplizierten Vorrichtungen mög- lieh, die einen grossen teehnisehen Aufwand erfordern und die Betriebssicherheit der Einrichtung in Frage stellen.
Vorliegender Erfindung ist zur Aufgabe gesetzt, diese Schwierigkeiten und Nachteile zu beseitigen. Das geschieht bei den erfin dungsgemässen Verfahren dadurch, dass der unter Vakuum gehaltene Einsatz innerhalb des Vakuums in aufeinanderfolgenden, der Reihenfolge der Gattierung entsprechenden Abschnitten imd innerhalb des Vakuums unter praktischer Vermeidung des Auftretens von Beschleunigungen zwisehen Abgabe des Abschnittseinsatzes und Eintritt desselben in den Schmelzsumpf letzterem zugef hrt wird.
Eine zur Durchf hrung des Verfahrens geeignete, ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung kennzeichnet sich durch ein mit einer Entladungsoffnung im Zellenradboden versehenes Zellenrad und eine unterhalb der Entladungsoffnung angeordnete, einseitig gelenkig gelagerte Rutsche.
Der Schmelztiegel kann drehbar angeordnet sein, derart, dass sein Ausguss zur Ahgabe von Schmelze in eine Lage oherhalb der Gu¯form oder mit ihr verbundener Auffang- teile gebraclit werden kann. Dadurch ist auch erreiehbar, dass auf dem Wege zwischen Schmelztiegel und Gu¯form keine Verände- rungen der eingebrachten Materialmengen eintreten, da aueh dieser ¯berf hrungsvorgang verlustfrei abgewickelt wird.
Bildet man die Verschwenkungsaxe des Schmelztiegels als Hohlaehse aus, in der Va kuum lmd Energieansehlüsse für die Schmelz- tiegelbeheizung durchgefiihrt sind, so kann man die gesamten Teile in einer gemeinsamen Vakuumkammer einkapseln, ohne dass andere Durchbrechungen wie das leicht abzudich- tende Zellenrad erforderlieh werden, so dass die Aufreehterhaltung aueh eines relativ hohen Vakuums nicht die geringsten Schwierig- keiten maeht.
Ein Ausf hrungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung ist in der beigef gten Zeichnmg dargestellt und im Zusammenhang mit dem Verfahren naehstehencl erlÏutert.
Es zeigt :
Fig. 1 eine Vorderansicht der Einrichtung zum Schmelzen und Giessen im Hochvakuum.
Fig. 2 einen Querschnitt dureh die Einrichtung gemäss der Linie II-II in Fig. 1.
Die dargestellte Schmelz- und Gie¯einrichtung weist einen mit einer doppelten Wan- dung versehenen Kessel. 10 auf, der unter Zwisehensehaltung von Gummidichtungen mit einem ebenfalls doppelte Wandung besitzen- den Deekel 11 abgeschlossen ist. Der Zwischen- raum zwischen den beiden Wandungen ist mit Hilfe von Leitungen 12 in einen Kühlwasser- strom eingeschaltet. An der Oberseite des Deckels 11 befindet sieh ein Schauglas 13 S zur Beobachtung des Sehmelz-und Giessvorganges sowie eine durch eine schwenkbare Klappe 1. gasdieht verschliessbare Einfiill- öffnung.
Eine Hoehvakuum-Diffusionspumpe 1. 5 von hoher Saugleistung ist mit ihrer Saugseite an den Kessel 10 und mit ihrer andern Reite an eine angepasste Vorvakuumpumpe 16 angeschlossen.
Im Innern des Kessels 10 befindet sieh ein in eine Hochfrequenzspule 17 eingebetteter Schmelztiegel 18, welche beiden Teile zu sammen mit Hilfe eines Halters 19 an einer drehbar und vakuumdieht in der Wandung des Kessels gelagerten, waagreehten Axe 20 befestigt sind, die auf der Aussenseite des Kessels einen Betätigungshebel 21 trägt. Die Anordnung des Schmelztiegels 18 ist so ge troffen, dass derselbe durch Drehen der Axe 20 in die in Fig. 2 mit gestrichelten Linien eingezeichnete Lage gekippt werden kann, in weleher er sieh mit der Öffnung naeh unten über einer aufrecht im Kessel untergebrachten Gie¯form 22 befindet.
Unterhalb der Klappe 14 ist in einem Hals der Einfülloffnung ein Zellenrad 23 von kreisförmigem Grundriss angeordnet. das durch eine Mehrzahl sektorartig'um eine vertikale Achse 24 verteilter und an derselben befestigter Abteilungen gebildet ist. Die Abteilungen sind nach unten offen und liegen anf einem dieselben abschlie¯enden, waagrechten Zellenradboden 25 auf, der starr im llals der Einfülloffnung befestigt und in dessen Mittelpunkt die Achse 24 drehbar gela- gert ist.
In der Mitte der Klappe 14 ist eine auf der Oberseite der Klappe ein Hand- rad 27 tragende Achse 26 gasdicht und ebenfalls drehbar gelagert, derart, da¯ sie sich bei Klappe mit der Achse 24 in einer Flueht befindet. Die beiden gegenein- andergerichteten Enden der Achsen 24 und 26 weisen Mittel zu ihrer Kupplung auf Drehung auf. Der waagrechte Zellenradboden 2. 5 besitzt eine mit jeweils einer der Abteilungen des Zellenrades 23 korrespondierende Entladungs¯ffnung 28, unterhalb welcher eine die Gestalt einer Schaufel 29 aufweisende Rutsche angeordnet ist.
Letztere ist an einer waagreehten, drehbaren und in der Wandungdes Kessels 10 gelagerten Welle30befestigt,die ausserhalb des Kessels einen Betätigungshel) el 31 trÏgt, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass durch Drehen der Welle 30 die Rutsche 29 nach unten in die in Fig. 2 mit gestrichelten Linien gezeichnete Lage gekippt werden kann, in welcher sie teilweise in die Öffnung des Sehmelztiegels 18 hineinragt.
Dadurch ergibt sieh bei geeigneter Ausbildung die Möglichkeit, die Rutsche entspreehend dem Gewieht des aus dem Zellenrad entlassenen Abschnittseinsatzes in eine Stellung zu @ in der sich die das Ont in der Rutsche haltenden ReibungskrÏfte gerade im KrÏftegleichgewicht mit der Schwerkrafts komponente befinden, die das Gut zu bewegen versucht.
Durch geringe Pendelungen der Rutsche um diese Stellung kann man bewirken, dass die Sehwerkraftskomponente gerade etwas gr¯¯er als die ReibungskrÏfte wird, so da¯ das (tut in einer Art mehr oder weniger langsamer Rieselbewegung zum Schmelztiegel hin bergelangt. ohne dass es zu den Fallbeschleunigungen kommt, die bei unmittelbarer Entlassung der Abschnittscharge aus dem Zellenradauftretenwürden.Es wird also erreicht,
dass der Einsatz in aufeinanderfol genden.derReihenfolgederfiattierungent- sprechenden Abschnitten unter praktischer Vermeidung des Auftretens von Besehleuni- gungen zwischen Abgabe des Abschnittseinsatzes und Hintritt desselben in den Schmelzsumpf letzterem innerhalb des gleichen Vakuums zugeführt wird. Denn dadurch, dass nur die Differenz der Reibungs- und SchwerkrÏfte wirksam wird. hat man es in der Hand, die fiir die Bewegung wirksamen KrÏfte vom Werte Null ab in beliebig feiner Weise so einzustellen, de¯ die gew nschte Riesclbewegung ohne angeschlossene weitere Beschleuni gungen zustande kommt.
Im Falle der unmittelbaren Entlassung aus dem Zellenrad dagegen würde sieh der Absehnittseinsatz be schleunigen. mit grösserer Fallgeschwindigkeit in den Schmelztiegel gelangen und den dort befindlichen Schmelzsumpf zum Aufspritzen bringen. Die einmal aus dem Schmelztiegel herausgespritzten Materialmengen sind als Legierungsbestandteile verloren und die Schmelze würde eine Gattierung erfahren, die sielt von der im Zellenrad genau einge- stellten und durch die Gehaltsanteile vorbe stimmten Legierung in unbeherrschbarem und nieht mehr zu berichtigendem Ausma¯e unterscheiden w rde.
Das kann durch Anwendung des vorbeschriebenen Verfahrens und der beschriebenen, zu seiner Durehführung dienenden Einrichtung vollständig vermieden werden, so da¯ es gelingt, Legierungen oder sonstige Schmelzen zu erzeugen, die nur die iOnteile enthalten, die dnreh die im Zellenrad enthaltene Gattierung vorbestimmt sind.
Die zu schmelzenden Werkstoffe, beispiels- weise der Gattierung entsprechende Mengen. werden vor dem Evakuieren des Kessels 10 bei hochgeschwenkter Klappe 14 in der ge wünschten Reihenfolge in die einzelnen Abteilungen des Zellenrades 23 eingefüllt, wobei der Boden 25 ein Herausfallen des Materials naeh unten verhindert. Nur das Material, das in der ber der Entladungsöffnung 28 befind lichen Abteilung enthalten ist, fÏllt in die Rutsche 29. Bei geschlossener Klappe 14 wird dann Kessel 10 evakuiert, und es wird die Hoehfrequenzspule 17 an einen Hochfre- quenzgenerator angeschlossen.
Durch Kippen der Rutsehe 29 nach unten wird das in ihr ruhende Material in den Schmelztiegel lS gefördert, wo es unter dem Einfluss des die Spule 17 durchsetzenden Hochfrequenzfeldes schmilzt. Um weiteres Material. naehzusehikken, wird bei hochgeklappter Rutsche 29 Zellenrad 23 mittels des Handrades 27 um das Winkelmass einer Abteilung gedreht, so dass das in der folgenden Abteilung liegende Ma- terial dureh die Entladungsöffnung 28 in die Rutsche fÏllt und nachher durch Kippen derselben in einem gewünsehten Zeitpunkt und in einer beliebigen, mengenmässigen Folge in den Schmelztiegel gebracht werden kann.
Mit der besehriebenen Einrichtung ist es möglieh, das zu sehmelzende Material in genau kontrollierbaren Mengen und in der ge wünschten Reihenfolge allmählich in den Tiegel einzuführen, wobei Einfüll-und Sehmelzvorgänge bei Beobachtung durch das Sehauglas 13 genau so geleitet werden k¯n nen, wie wenn sie offen ausgeführt w rden.
Dadurch wird die Betriebssieherheit der Va kuumsehmelz-und Giesseinrichtung wesentlich erhöht und die M¯glichkeit gesehaffen, die Herstellung von empfindlichen Legierungen, wie znm Beispiel solehe mit Komponenten, die eine starke Affinität zu Restgasen besitzen, betriebssieher durehzuführen.
Gemäss einer nieht dargestellten Variante kann die Einrichtung Mittel aufweisen, um in den evakuierten Kesselraum eine Sehutz- gasatmosphÏre einzubringen.
Die zwischen dem Behälter 23 und dem Sehmelztiegel vorhandene Rutsche konnte auch eine andere Ausbildung aufweisen und zum Beispiel eine Fiillrinne sein, die wenig stens einen um eine waagrechte Axe kippbaren und ber dem Sehmelztiegel angeordneten Teil besitzt.
PATENTANSPR¯CHE :
I. Verfahren zum Betriebe von unter Vakuum arbeitenden Schmelz-Lmd Giessofen, dadureh gekennzeichnet, dass der unter Vakuum gehaltene Einsatz in aufeinanderfolgen- den, der Reihenfolge der Gattierung entspreehenden Absehnitten unter praktischer Vermeidung des Auftretens von Beschleunigun- en zwisehen Abgabe des Absehnittseinsatzes und Eintritt desselben in den Schmelzsumpf letzterem innerhalb des gleiehen Vakuums zugeführt wird.