Zentrifugalofen zum Vakuumschmelzen und -Giessen; namentlich von zahn- oder goidschmiedetechnischen Legierungen
Vorliegende Erfindung betrifft einen Zentrifugalofen zum Vakuumschmelzen - und Giessen, namentlich von zahn- oder goldschmiedetechnischen Legierungen.
Die Bedeutung der Vakuumschmelze ist hinsichtlich Eigenschaften und Güte des Gusses wohl bekannt.
Man stellte fest, dass Güte und Eigenschaften der Schmelze bedeutend verbessert werden, wenn auch der Guss, die Erstarrung und die Abkühlung derselben unter Vakuum stattfinden.
Zur Verwirklichung einer, für die Schmelz-Giessund Erstarrungsvorgänge unter Hochvakuum geeigneten Vorrichtung, war es notwendig, zahlreiche und schwierige technische Probleme zu lösen.
Das Hauptziel vorliegender Erfindung besteht eben darin, die oben angedeuteten technischen Probleme unter Zuhilfenahme eines Zentrifugalofens zum Schmelzen und Giessen unter Vakuum, in einer wirtschaftlichen Weise zu lösen.
Des weiteren bezweckt die Erfindung einen Zentrifugalofen der beschriebenen Art zu verwirklichen, bei welchem ein Grossteil der Ofenvorgänge während der Ofendrehung selbst stattfinden.
Ferner bezweckt die Erfindung einen kräftigen, wirtschaftlichen, leicht handzuhabenden und instandzuhaltenden, widerstandsfähigen und dauerhaften Ofen, mit leicht zugänglichen und auswechselbaren Teilen zu verwirklichen.
Diese und weitere Zwecke, die aus nachfolgender Beschreibung hervorgehen, werden vom erfindungsgemässen Zentrifugalofen zum Vakuum-Schmelzen und Giessen erreicht, welcher eine Hülse mit einer, durch elektrische Heizkörper erwärmten Schmelzkammer und mindestens einem in dieser Kammer enthaltenen S'chmelztiegel umfasst, und dadurch gekennzeichnet ist, dass im Inneren der Hülse, welche samt der Schmelzkammer mit einer Vakuumpumpe verbunden ist, eine Form untergebracht ist, die über eine seitliche Öffnung am Tiegel angeschlossen ist, weswegen während des Zentrifugalgusses, die im Tiegel enthaltene Schmelze durch die Fliehkraft in die Form geschleudert wird, wobei ein Kühlumlauf zur Kühlung während der Ofendrehung, sowie Drehträger für den Ofen, und Mittel zur Betätigung und Steuerung der Vorgänge vorgesehen sind.
Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform, die lediglich beispielshalber, an Hand der beiliegenden Zeichnen gen veranschaulicht wird, ausführlicher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Aussenansicht des gesamten Ofens, gemäss einer bevorzugten Ausführungsform.
Fig. 2 einen Querschnitt nach der mittleren Ofenebene, wobei der rückwärtige Teil der Maschine weggelassen wurde.
Fig. 3 den rückwärtigen Teil des in Fig. 2 dargestellten Apparates.
Fig. 4 eine Pol ansicht der Ofenhülse.
Fig. 5 die Ausführungsform des Deckels.
Auf die Zeichnungen bezugnehmend, besteht der Ofen aus einem Kasten 1, der das Trägergerüst aufnimmt und in welchem Kasten 1 die verschiedenen Betätigungs- und Übertragungsorgane des erfindungsgemässen Apparates angeordnet sind. Der eigentliche Ofen besteht aus einem Zylinder 2 mit einer doppelwandigen Hülse oder Einsatz mit einer Aussenwandung 3 und einer Innenwandung 4. Der Boden des Zylinders 2 besteht ebenfalls aus einer Doppelwandung mit einem inneren Boden 5 und einem äusseren Boden 6, während die Stirnseite mittels eines Deckels 7, der ebenfalls eine doppelwandige Hülse 8 aufweist, verschliessbar ist.
Der Deckel 7 schliesst den Zylinder 2 mittels der runden, ringförmigen Abdichtung 9 hermetisch ab und seine Schliess- und Öffnungsbewegung wird durch ein Paar Röhren 10 und 11 geführt, die gleitbar in die dem Deckel 7 gegenübergestellten Lager 12, 13 und 14 und 12', 13', 14' eingreifen.
Das Rohr 10 steht mit dem Zwischenraum der Hülse 8 des Deckels 7 in Verbindung und dasselbe ist beim Rohr 11 an der anderen Deckelseite (Fig.
1 und 4) der Fall. Das Rohr 10 ist an einen Gummischlauch 15 angeschlossen, der mit seinem anderen Endteil an die mit dem Einsatz 3, 4, verbindende Fuge 16 in Verbindung steht, während das nahe dem Deckel 7 entgegengesetzte Rohrende 11 mit einem anderen, zur Entladung führenden Gummischlauch 16 verbunden ist. Der Einsatz 5,6 des Zylinderbodens 2, der mit dem Einsatz 3, 4 in Verbindung steht, weist einen Anschluss 17 auf, dem ein Schlauch 18 angeschlossen ist, welcher zu der im folgenden noch beschriebenen Kaltwasserquelle führt.
Weiters weist der Deckel 7 Verschlussbügel 19, 19' auf (Fig. 1), die im Lager 14, bzw. 14' gelagert sind und schraubenartige Befestigungsmittel 20, bzw.
20' aufweisen, vermöge welcher der Deckel 7 an den Zylinder 2 angepresst wird und damit den hermetischen Verschluss und zugleich die Saugtätigkeit des Vakuums bewirkt.
Der eigentliche Ofen umfasst weiters eine Innenkammer 21, die von einem elektrischen Heizwiderstand 22, der in feuerfestem Material 23 eingebettet, spiralförmig umwickelt ist. Der Heizwiderstand 22 ist durch den Bolzen 24 mit dem elektrischen isolierten Leiter 26 verbunden, der sich seinerseits an die folgenden noch beschriebenen Kontaktklemmen 27 anschliesst. Am symmetrisch entgegengesetzten Teil wird eine analoge, nicht veranschaulichte elektrische Verbindung vorgesehen, die den Widerstand 22 mit dem anderen elektrischen Pol 27' verbindet.
Der vorzugsweise aus Kupfer bestehende Bolzen 24 geht durch die metallene Abdichtungsmuffe 25 und wird die elektrische Isolierung durch einen elastischen Isolierüberzug 25a hergestellt, der durch Anziehen der Mutter 24a sich radial ausbreitet und die nötige Verankerung des Leitbolzens 24, sowie die erforderliche Abdichtung bildet.
In der Kammer 21 ist der zylinderförmige Graphittiegel 28 angeordnet, der oben eine Öffnung 29 zur Beschickung mit dem Schmelzgut aufweist und welche Öffnung 29 mit der im feuerfesten Material angebrachten Bohrung 30 und der, die Wandung des Zylinders 2 durchgehenden Bohrung 31 ausgerichtet ist, um durch das Schauloch 32, die im Tiegel 28 enthaltene Charge zu beobachten. Das Schauloch 32 ist mit einem Deckel 33 mit Beobachtungsöffnung 34 versehen. In der Bohrung 31 wird eine Linse 35, die das Schauloch hermetisch abschliesst, vorgesehen.
Mit 36 wird ein, die im Inneren des Ofens herrschende Temperatur anzeigendes Thermoelement bezeichnet; diese wird an einer mit dem Thermoelement durch die Leitung 37 in Verbindung stehende Gradeinteilung 38 (Fig. 1) abgelesen.
Zur erforderlichen Isolierung ist die Schmelzkammer 21 von Quarzschichten 39 und 40 umgeben.
Der Tiegel 28 ist an der zylindrischen Öffnung der von der vom feuerfesten Material des Widerstandes bestimmt Schmelzkammer aneinandergepasst und steht über die Bohrung 41 mit dem durch die Form 43 bestimmten Hohlraum in Verbindung, welche Form an der auf dem Deckel 7 befestigten Konsole 144 stützt. Die Öffnungsverstellung des Deckels 7 wird etwas höher vorgesehen, als die Tiefe der Form 43, so dass in der Offenstellung des Deckels 7, die Form 43, sowie der Tiegel 28 bequem aus dem Ofen gehoben werden können.
Die Hülse 2 des Ofens ist mittels der Bügel 44 und 45 (Fig. 1) am T-Eisenträger 46 getragen, dessen Steg 47 durch den Bolzen 48 an die, an beiden Seiten des Stegs vorgesehenen Lager Ringhälften 49 und 49' angelenkt ist und welche Ringhälften mittels ringförmigen, aus der Scheibe 50 hervorstehenden Elementen 51 und 52 an die Drehscheibe 50 befestigt und an diese geschweisst sind. Die hervorstehenden Lagerelemente 51 und 52. sind zwischen den Ringhälften 49 und 49' angeordnet, und letztere sind durch die Bolzen 53 und 54 an die hervorstehenden Lager 51 und 52 befestigt.
Der Bolzen 48 gestattet die Drehung um einen kleinen Winkel des Trägers 46, deren Grenzen durch die Endflächen 55 und 56 der auskragenden Lager 51 und 52 bestimmt werden. Der Träger 46 kann durch das nockenartig ausgebildete, und mit einer entsprechenden, im Steg 47 angebrachten, nicht veranschaulichten Bohrung zusammenwirkende Sperrelement 57 in einer seiner Lagen gesperrt werden.
Am rückwärtigen Teil des Trägers 46 ist ein, auf dem Träger 46 verschiebbares Gegengewicht vorgesehen, das eine Sperrschraube 58' aufweist. Am rückwärtigen Teil des Trägers 46 sind auch Messerkontakte 27 zur Verbindung des Widerstandes am Ofen mit der Stromquelle mittels Gegenklemmen 59 vorgesehen, die von einer axial gleitbaren Stange 60 aufgenommen werden. Am rückwärtigen Teil des Trägers 46 ist auch der Anschluss 61 der Rohrleitung zur Vakuumpumpe montiert, welcher Anschluss mit der in der Zeichnung nicht veranschaulichten Vakuumpumpe verbundenen Gegenanschluss 62 kuppelbar ist. Der Anschluss 61 ist mit einem seitlichen Mundstück 63 versehen, welchem der Schlauch 64 (Fig. 1) aufgesetzt wird, dessen anderes Endstück an das in der Hülse 2 mündende und mit der Schmelzkammer 21 in Verbindung stehende Mundstück 65 angeschlossen ist.
Das Mundstück 65 verzweigt sich seitlich und weist oben ein Vakuummeter 66 zur Kontrolle des Vakuums in der Schmelzkammer auf.
Übereinstimmend mit dem Anschluss 61 ist ein Ventil 67 an sich bekannter Art, vorgesehen, welches durch Drehung des Handrades 68 geschlossen oder geöffnet wird und welches Handrad seinerseits zur Festigung des Anschlusses 61 an den Anschluss 62 dient.
Die Trägerdrehscheibe 50 ist mit einem Zahnkranz 69 versehen, der in das Ritzel 70 eines nicht veranschaulichten Elektromotors eingreift und mit der sich vertikal zum genannten Motor erstreckenden Welle verbunden ist.
Die S'cheibe 50 ist um die, auf Kugellagern 73 um die eigene Achse drehbare Muffe 72, fest angebracht, wobei der feste Ring der Kugellager an dem mit der, einen Bestandteil des erfindungsgemässen Gerüstes bildenden Trägerscheibe 75, fest verbunde nen Zylinder vorgesehen ist. Die Mu, Muffe 72 ist auf der, auf den Axialschub aufnehmenden Kugellagern 77 und auf dem Kugellager 78 drehenden Büchse 76 montiert, wobei der feste Ring der Kugellager 78 mit dem Rohr 79 starr verbunden ist. Das Kugellager 77 liegt dem an die Trägerhülse 74 starr angebrachten Boden 80 auf, der eine zentrale Bohrung aufweist, durch welche das, eine seitlich geneigte Verzweigung aufweisende Rohr 79 hindurchgeht.
Die Muffe 72 ist oben von einem scheibenförmigen Element 82 bedeckt, welches eine zentrale Bohrung aufweist, durch die ein Rohrstück 83, im wesentlichen gleichen Durchmessers und mit dem Rohr 79 ausgerichtet, hindurchgeht. Das Rohrstück 83 weist eine geneigte Abzweigung 84 auf, die mundstückartig aus der oberen Fläche des scheibenförmigen Elementes 82 ragt.
Aus obiger Beschreibung kann entnommen werden, dass der eigentliche Ofen, samt dem Träger 46, den Ringhälften 49 und 49', der Trägerscheibe 50, dem Element 82, Muffe 72 und Büchse 76, dank den Lagern 73, 77 und 78 um die Achse des Rohrs 79 drehbar ist und der gesamte Drehkomplex, über den Trägerzylinder 74 und seinem Boden 80 auf der Gerüstplatte 75, an der der Trägerzylinder 74 starr angebracht ist, gelagert wird.
Das Rohr 79 wird innen zentral von einem Rohr 85 geringeren Durchmessers passiert, das in seiner axialen Lage zum Rohr 79 durch eine Haube 86, mit Öffnungen 87 zur Verhütung des Verschlusses des Zwischenraums zwischen den Rohren 79 und 85, festgehalten wird. Unten ist der Ring 88 vorgesehen, der ebenfalls zur Aufrechterhaltung der Lage des Rohrs 85, an welches er angeschweisst ist, beiträgt und zur Abdichtung des Aussen- und Innenrohres dient.
Bemerkenswert ist, dass die Rohre 79 und 85 fest sind.
Das Rohr 85 dringt mit seinem oberen Endteil in das Rohrstück 83 und ist mit dem Innenrohrstück 89, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem des festen Innenrohres 85 ist, ausgerichtet und von diesem um eine geringe Strecke 90 entfernt, welche die Drehung des Rohres 89, dem festen Rohr 85 gegenüber, zulässt.
Unterhalb der Haube 86 wird eine Spiralfeder 91 vorgesehen, die eine Büchse 92 mit Ringdichtungen
93 und 94 nach unten drückt und welche Büchse der Abdichtung zwischen dem festen Rohr 79 und dem Drehelement 72 dient. Diese Abdichtung zwischen Drehelementen kann vorteilhaft dem Typ Angst Pfister angehören.
Unter der Muffe 72 ist fest an das Rohr 79 angebracht, ein konisches, ringförmiges Ablenkelement 95 vorgesehen, welches das allfällig durch die Dichtungen 92 - 94 entwichene Wasser, dem in der Wandung der Muffe 76 angebrachten Kanal 96 zuführt und durch welchen Kanal genanntes Wasser in den Zwischenraum zwischen der Muffe 76 und dem Trägerzylinder 74 abfliesst, um über dem Kanal 97 und das Entladerohr 98 ausserhalb der Apparatur entladen zu werden. Normalerweise sollte kein nennenswerter Wasserverlust durch die Dichtungen 92 - 94 stattfinden und wenn ein Wasseraustritt über das Entladerohr 98 bemerkbar wird, so dient dies auch als Anzeige eines Schadens oder einer Lockerung in der Dichtung.
Aus der Beschreibung ist ersichtlich, dass der Kühlumlauf wie folgt stattfindet.
Das aus einer Kaltwasserquelle kommende kalte Wasser, die vorteilhaft ein Wasserhahn der städtischen Wasserversorgung sein kann, passiert das feste Innenrohr 85 im drehenden Rohrteil 89 und gelangt von da über den Gummischlauch 18, der an das Rohrstück 89 angeschlossen ist, zur Verbindung 17 in den Einsatz 3-4 und 5 - 6, um zum Mundstück 16 zu gelangen, von wo es über den Gummischlauch 15 in das Rohr 10, und vom Rohr 10 in den Einsatz 8 des Deckels 7 gelangt, um sodann durch einen geeigneten, ringförmig verlaufenden Deflektor geleitet, das Rohr 11 zu passieren und über den, am Endteil des Rohres 11' angeschlossenen Schlauch 16 auszutreten.
Das andere Endteil des Schlauches 16 ist an die geneigt auskragende Abzweigung 84 des Rohrstückes 83 angeschlossen, weswegen die bereits eine Kühlung ausgeführt habende Flüssigkeit in den Zwischenraum zwischen dem Rohr 83 und dem Rohr 85, und sodann in den Zwischenraum zwischen dem Rohr 79 und dem Rohr 85 gelangt, um über das Rohr 81 auszutreten und entladen zu werden. Bemerkenswert ist, dass man in Übereinstimmung mit der Unterbrechung 90 des Rohres 85 keine Dispersion des Kaltwasserflusses hat, infolge der Tendenz der Flusslinien ohne Abweichung ihren Lauf nach oben fortzusetzen, zu was auch der Temperaturunterschied zwischen dem im Rohr 85 fliessenden Wasser und dem vom Rohr 84 herkommenden warmen Wasser beiträgt. Diese Tendenz, Mischungen zu vermeiden, wird auch durch die bekannte Theorie der Stromlinien bestätigt.
Offensichtlich wird der Zwischenraum zwischen dem Rohr 79 und dem Hohlraum 72 mit Wasser angefüllt, dessen Abdichtung die bereits erwähnte Dichtung Typ Angst-Pfister besorgt, während oben die Sickerung des Wassers durch die Abdichtung 99 behindert wird.
Der Apparat gemäss der beschriebenen Ausführungsform ist des weiteren mit einem elektrischen Relaisstromkreis zur Steuerung der verschiedenen Vorgänge am Ofen versehen.
Der Betrieb der Vorrichtung ist folgender:
Nach erfolgter Einsetzung in den Ofen des Tiegels mit dem Schmelzgut und der Form 43, und Verschluss des Deckels 7, wird der Zylinder 2 von Hand gedreht, bis der Anschluss 61 mit dem Anschluss 62 und die Klemmen 27 mit den Gegenklemmen 59, die durch Betätigung eines geeigneten Kontaktes sich um eine gewisse Strecke heben, ausgerichtet sind. Es wird der Hahn des Kühlwasserumlaufes geöffnet, und das Handrad des Nockenelementes betätigend, wird der Träger 46 in der vertikalen Ebene leicht in Drehung versetzt, weshalb der Anschluss 61 sich mit dem Anschluss 62 hermetisch verbindet und die Klemmen 27 in die Klemmen 59, die sich inzwischen gehoben haben, eingreifen.
In diesem Augenblick betätigt die Steuervorrichtung selbsttätig die Vakuumpumpe und schaltet den elektrischen Speisungsstrom des Widerstandes ein, der mit der Erhitzung der Schmelzkammer des Ofens beginnt. Die Erhitzungsdauer kann mittels einer passenden Regulierungsvorrichtung der Erhitzungsdauer geregelt werden. Diese Dauer hängt von der Menge und der Gattung des verwendeten Materials ab. Sonst kann die Speisung der elektrischen Energie auch durch die im Ofen erreichte Temperatur gesteuert werden, welche Temperatur unter Zuhilfenahme des Thermoelementes 36 den Stromkreis unterbricht, sobald die angestrebte Hitze erreicht ist. Während die Erhitzung ihren Fortgang nimmt, fährt der Umlauf des Kühlwassers fort und die Vakuumpumpe wirkt bis zur Erreichung des bestimmten, vom Hersteller geeichten Vakuumgrades.
Nach Erreichung der angestrebten Hitze und erfolgten Schmelzung des Metalls im Tiegel, isoliert man mittels des Ventils 67 die Schmelzkammer vom Rest des Umlaufes der Vakuumpumpe. Man beginnt mit dem Abguss, indem man einen Druckknopf betätigt und die verschiedenen Vorgänge werden durch eine Nocken- oder Exzenterwelle gesteuert, die durch einen Motorkomplex betrieben wird und anfänglich die Klemmen 59 hob, zu Beginn des Abgusses diese aber mit ihrer axial gleitbaren Welle 60 allmählich senkt. Im Momente da die Erhitzung beendet ist, trennen sich die Klemmen 59 von den Klemmen 27 und im gleichen Augenblick tritt der Motor, der die Zentrifuge des Ofens 2. über die Welle 71, das Ritzel 70 und den Zahnkranz 69 betreibt, in Tätigkeit.
Es beginnt somit der Zentrifugalguss, welchem zufolge die Schmelze im Tiegel in den Hohlraum 42 der Form, die Bohrung 41 hindurch geschleudert wird und in diesem Hohlraum 42 während der Drehung des Ofens bis zur Erstarrung verbleibt.
Während des Zentrifugalgusses wird der Ofen durch das Kühlwasser über den vorstehend beschriebenen Umlauf weiter gekühlt. Nach Beendigung des Zentrifugalgusses und erfolgter Erstarrung der Schmelze im Hohlraum 42 wird die Drehung des Ofens eingestellt, das Ventil 67 geöffnet und hierauf der Deckel geöffnet und die Form 43 nebst dem Tiegel 28 entnommen.
Auf diese Weise wird der Schmelz- und Giessvorgang beendet und nach Entnahme der Form ist der Ofen für den nächsten Vorgang bereit.
Dadurch, dass der Ofen auch während des Zentrifugalgusses gekühlt wird, ist dieser für den darauffolgenden Vorgang sofort nach Entnahme der Form und des Tiegels bereit, womit die Möglichkeit geboten ist, eine Schmelze in etwa 5 Minuten zu bereiten, was die Leistung des Ofens bedeutend erhöht.
Der Drehkomplex bei dieser Ausführungsform wiegt etwa 25 kg und das Gegengewicht ist derart eingestellt, dass die während des Zentrifugalgusses sich bildenden dynamischen Kräfte entsprechend ausgeglichen werden, um die Beanspruchungen an den Trägern und an der Drehwelle herabzusetzen.
Es wurde eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die jedoch zahlreiche Abänderungen erfahren kann.