DE102014216766B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Gussbauteils - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Behälters (1) mit einem aus fluidisierten ersten Partikeln (2) gebildeten Fließbett (F) und einer darauf schwimmenden, aus zweiten Partikeln (3) gebildeten Deckschicht (D),
Bewegen einer geschmolzenes Metall enthaltenden Form (9) aus einem Ofen (11) durch die Deckschicht (D) in das Fließbett (F), und
Erstarren des geschmolzenen Metalls in der Form (9) während der Bewegung der Form (9) in das Fließbett (F),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Behälter (1) durch einen mit seinem Umfangsrand in das Fließbett (F) eintauchenden Gasauffangbehälter (15) in einen den Ofen (11) umfassenden zentralen Bereich (17) und einen Randbereich (18) geteilt wird, und
ein erster Gasdruck p1 im zentralen Bereich (17) und ein zweiter Gasdruck p2 im Randbereich (18) relativ zueinander so eingestellt werden, dass folgende Druckbeziehung gilt: p1 > p2.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Gussbauteils, beispielsweise einer Turbinenschaufel oder dgl.. Daneben betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Oberbegriffs des Patentanspruchs 8.
• Die US 6 035 924 A offenbart ein solches gattungsgemäßes Verfahren. Die ersten und/oder zweiten Partikel werden dabei beispielsweise aus Al₂O₃ oder Alumosilikaten hergestellt.
• In der DE 197 30 637 A1 wird ein Verfahren zum Erstarren einer Metallschmelze vorgeschlagen. Auf der Metallschmelze schwimmt eine Wärmeisolationsschicht, die zum Beispiel aus einem Granulat bestehen kann.
• Eine ähnliche Gießvorrichtung, mit der ein Verfahren zum gerichteten Erstarren einer Metallschmelze durchgeführt werden kann, wird in der EP 0 631 832 A1 sowie in der DE 601 32 393 T2 vorgeschlagen.
• Ein Verfahren zum Abschreckhärten von Metalllegierungen in einem Fließbett wird in der DE 41 17 467 A1 sowie in der DE 14 46 150 A beschrieben.
• Bei dem nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren kann es im Fließbett zu einer Bildung von Gasblasen kommen, deren Zerplatzen zu einem Aufreißen der Deckschicht und zu einem Herausschleudern erster Partikel aus dem Fließbett führen kann. Es kann dazu kommen, dass erste Partikel in das geschmolzene Metall gelangen. Insbesondere wenn es sich beim geschmolzenen Metall um eine Nickelbasislegierung handelt, führt das zu Fehlern im Bauteil und damit zu dessen Unbrauchbarkeit. Weiterhin besitzt eine aufgerissene Deckschicht keine ausreichende thermische Isolationswirkung. Dadurch durchläuft die Form bei ihrer Bewegung in das Fließbett keinen ausreichend ausgeprägten Temperaturwechsel. Als Folge kann sich beim Erstarren des geschmolzenen Metalls eine fehlerhafte Mikrostruktur ausbilden.
• Ein weiteres Problem bei dem nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren besteht darin, dass das Fließbett zu einer Stabilisierung der Deckschicht nur mit einer begrenzten Gasgeschwindigkeit betrieben werden kann. Die Gasgeschwindigkeit, mit der ein Fließbett betrieben wird, bestimmt jedoch den Wärmeübergangskoeffizienten des Fließbetts. Somit weist das Fließbett nach dem Stand der Technik nur einen begrenzten Wärmeübergangskoeffizienten auf.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils angegeben werden, bei dem eine besonders stabile Deckschicht ausgebildet wird, so dass deren Aufreißen im Wesentlichen vermieden und ein Herausschleudern erster Partikel aus dem Fließbett reduziert wird, und bei dem das Fließbett einen hinreichend hohen Wärmeübergangskoeffizienten aufweist.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 7. Daneben betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 9 bis 12.
• Nach Maßgabe der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Behälter durch einen mit seinem Umfangsrand in das Fließbett eintauchenden Gasauffangbehälter in einen den Ofen umfassenden zentralen Bereich und einen Randbereich geteilt wird, und ein erster Gasdruck p1 im zentralen Bereich und ein zweiter Gasdruck p2 im Randbereich relativ zueinander so eingestellt werden, dass folgende Druckbeziehung gilt: p1 > p2.
• Der Umfangsrand des Gasauffangbehälters liegt in einer ersten Ebene, welche zweckmäßigerweise parallel zu einer durch den Boden des Behälters definierten Referenzebene verläuft. Der Gasauffangbehälter schafft einen zentralen Bereich und einen den zentralen Bereich umgebenden Randbereich. In Richtung eines Bodens des Behälters sind der zentrale Bereich und der Randbereich durch die erste Ebene begrenzt.
• Beim Herstellen des Fließbetts füllt sich der zentrale Bereich mit Gas, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, bei dem im zentralen Bereich ein Gasdruck p1 herrscht. Der Gasdruck p1 entspricht dem statischen Druck des Fließbetts an der ersten Ebene. Aufgrund dieses Druckgleichgewichts wird ein zusätzliches Einbringen von Gas in den zentralen Bereich verhindert.
• Die Druckbeziehung führt dazu, dass der Gasauffangbehälter im Gleichgewichtszustand an seiner dem Randbereich zugewandten Außenseite bis zu einem bestimmten Abstand von der Referenzebene von ersten Partikeln umgeben ist, an seiner dem zentralen Bereich zugewandten Innenseite jedoch frei von ersten Partikeln ist. Die Oberfläche des Fließbetts grenzt also im Gleichgewichtszustand unmittelbar an den zentralen Bereich an. In dem vom Umfangsrand des Gasauffangbehälters umgebenen Bereich liegt also die Oberfläche des Fließbetts im Wesentlichen in der ersten Ebene. Im Randbereich stellt sich aufgrund des dort geringeren Drucks ein Abstand der Oberfläche des Fließbetts von der Referenzebene ein, welcher größer ist als der Abstand der ersten Ebene von der Referenzebene. Die Oberfläche des Fließbetts liegt dabei im Randbereich in einer zweiten Ebene, welche parallel zur Referenzebene verläuft.
• Gasblasen können zum zentralen Bereich hin bis an die erste Ebene aufsteigen. Aufgrund des Druckgleichgewichts zwischen dem an der ersten Ebene anliegenden Fließbett und dem zentralen Bereich können die erste Ebene erreichende Gasblasen zwar Impulse an den zentralen Bereich abgeben, welche zu begrenzten Druckschwankungen führen können. Ein weiteres Befüllen des zentralen Bereichs mit Gas würde dagegen zu einer dauerhaften Erhöhung des Gasdrucks im zentralen Bereich auf einen Gasdruck führen, welcher größer als der Gasdruck p1 ist. Das ist ausgeschlossen, weil der zentrale Bereich auch bei einer Druckänderung wieder zum Gleichgewichtszustand mit einem Gasdruck p1 zurückkehrt. Im Wesentlichen werden die Gasblasen daher nach außen abgeleitet. Aufgrund des dort geringeren Drucks können die Gasblasen in den Randbereich eindringen. Die Gasblasen steigen im Randbereich bis zur dortigen Oberfläche des Fließbetts auf. Dort dringen sie in die Gasphase ein. Selbst wenn es dabei zu einem Zerplatzen der Gasblasen kommt, können aufgrund der durch den Gasauffangbehälter bewirkten Teilung des Behälters keine ersten und/oder zweiten Partikel in das geschmolzene Metall gelangen.
• Im vom Umfangsrand des Gasauffangbehälters umgebenen Bereich bleibt eine Deckschicht aus zweiten Partikeln zurück. Diese Deckschicht schwimmt auf dem Fließbett, welches im Gleichgewichtszustand unmittelbar an den zentralen Bereich angrenzt. Der über die Oberfläche des Fließbetts hervorstehende Teil der Deckschicht befindet sich also im zentralen Bereich. Die diese Deckschicht bildenden zweiten Partikel werden also durch den Umfangsrand vor einem Austragen in den Randbereich zurückgehalten. Da weiterhin ein Eindringen der Gasblasen in den zentralen Bereich im Wesentlichen unterbleibt, wird die Gefahr eines Aufreißens der Deckschicht im Eintauchbereich der Form reduziert. Ein Herausschleudern erster und/oder zweiter Partikel in den zentralen Bereich und eine daraus resultierende Verunreinigung des geschmolzenen Metalls können dadurch ebenfalls stark reduziert werden. Weiterhin kann ein Herausschleudern von Staub, der insbesondere eine Gefahr für den Betrieb von Hochleistungskomponenten des Ofens darstellt, in den zentralen Bereich im Wesentlichen vermieden werden. Das Fließbett kann mit einer höheren Gasgeschwindigkeit betrieben werden. Somit kann der Wärmeübergangskoeffizient des Fließbetts durch das Einstellen einer geeigneten Gasgeschwindigkeit optimiert werden.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Einstellung der Druckbeziehung im Randbereich Gas durch einen Gasabführstutzen abgeführt. Zum Abführen des Gases wird vorzugsweise eine mechanische Vakuumpumpe verwendet, welche zur Herstellung eines Feinvakuums geeignet ist. Vorzugsweise wird ein Gasfluss durch Einleiten von Gas durch den Boden des Behälters und durch Abführen des Gases durch den Gasabführstutzen eingestellt. Der Gasfluss ist nach Erreichen des Gleichgewichtszustands vorzugsweise konstant. Der Gasfluss kann aber auch während des Prozessverlaufs geändert werden. Beispielsweise kann der Gasfluss als Reaktion auf eine steigende Temperatur im Fließbett reduziert werden. Als Gas wird vorzugsweise ein Inertgas verwendet. Besonders als Inertgas bevorzugt wird Ar. Vorzugsweise wird im Randbereich ein Gasdruck zwischen 10 und 1000 mbar eingestellt, besonders bevorzugt ein Gasdruck zwischen 40 und 500 mbar. Es ist aber auch denkbar, Gasdrücke im Überdruckbereich, d.h. von mehr als 1000mbar, einzustellen. Das kann für den Fall vorteilhaft sein, dass das geschmolzene Metall volatile Legierungselemente umfasst. Das abzuführende Gas kann gefiltert werden, d.h. von Staub und/oder ersten Partikeln gereinigt werden. Das gefilterte abgeführte Gas kann gekühlt werden, zusätzlich von Schadgasen gereinigt werden und durch den Boden wieder in den Behälter eingeleitet werden.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Eindringen von zweiten Partikeln in den Randbereich durch ein sich vom Umfangsrand des Gasauffangbehälters in das Fließbett erstreckendes Rückhaltemittel, welches für Gas und erste Partikel durchlässig und für zweite Partikel undurchlässig ist, verhindert wird. Unter dem Rückhaltemittel ist also eine Membran zu verstehen, welche die zweiten Partikel zurückhält. Als erste und/oder zweite Partikel können beliebig geformte Körper verwendet werden. Eine minimale Abmessung der zweiten Partikel ist zweckmäßigerweise größer als eine maximale Abmessung der ersten Partikel. Das Rückhaltemittel weist vorzugsweise eine Vielzahl von Durchlässen auf, deren Durchmesser zwischen der maximale Abmessung der ersten Partikel und der minimale Abmessung der zweiten Partikel liegt. Die Durchlässe können geringfügig größer als die maximale Abmessung der ersten Partikel ausgestaltet sein. Zweckmäßigerweise weisen die Durchlässe zumindest den dreifachen Wert der maximale Abmessung der ersten Partikel auf.
• Dadurch kann ein Verstopfen der Durchlässe vermieden werden. Die ersten Partikel sind vorzugsweise kugelförmig. Der mittlere Durchmesser der ersten Partikel beträgt zweckmäßigerweise 20 bis 1000 µm, vorzugsweise 100 bis 800 µm und besonders bevorzugt 550 bis 650 µm. Entsprechend wird für die Größe der Durchlässe ein Wert gewählt, der zweckmäßigerweise zwischen 60 und 3000 µm, vorzugsweise zwischen 300 und 2400 µm und besonders bevorzugt zwischen 1700 und 2000 µm liegt. Bei dem Rückhaltemittel handelt es sich vorzugsweise um ein Lochblech oder ein Drahtgitter.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich das Rückhaltemittel ausgehend vom Umfangsrand in Eintauchrichtung. Dadurch wird der Gasauffangbehälter in das Fließbett hinein verlängert. Vorzugsweise behält das Rückhaltemittel die Umfangsform des Gasauffangbehälters bei. Der Umfangsrand des Gasauffangbehälters weist vorzugsweise eine ringförmige, quadratische, rechteckige oder sechseckige Form auf. Entsprechend erstreckt sich das Rückhaltemittel ausgehend vom Umfangsrand in Form eines Zylinders bzw. eines der Form des Umfangsrands entsprechenden Prismas. Da das Rückhaltemittel für Gas und erste Partikel durchlässig ist, bleibt der Abstand der Oberfläche des Fließbetts von der Referenzebene im Wesentlichen gleich dem Abstand des Umfangsrands des Gasauffangbehälters von der Referenzebene. Die zweiten Partikel werden durch das Rückhaltemittel in einem vom Rückhaltemittel umgebenen Bereich zurückgehalten. Zweckmäßigerweise erstreckt sich das Rückhaltemittel soweit in Eintauchrichtung in das Fließbett, dass alle zweiten Partikel in dem vom Rückhaltemittel umgebenen Bereich aufgenommen werden können. Dieser Bereich umfasst den Eintauchbereich der Form, d.h. den Bereich, in dem die Form die Deckschicht durchdringt und in das Fließbett eintritt. Es kann also eine dickere Deckschicht für den Eintauchbereich der Form bereitgestellt werden. Da die Deckschicht auf dem Fließbett schwimmt, ragt die dickere Deckschicht einerseits weiter in Eintauchrichtung in das Fließbett hinein und andererseits weiter in eine Richtung entgegengesetzt der Eintauchrichtung in den zentralen Bereich hinein. Dadurch wird die thermische Isolationswirkung der Deckschicht verbessert. Ein Aufreißen der Deckschicht wird weiter erschwert.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich das Rückhaltemittel bis zu einer Innenseite des Behälters. Das Rückhaltemittel ist vorzugsweise nicht an der Innenseite des Behälters befestigt. Zweckmäßigerweise liegt das Rückhaltemittel so eng an der Innenseite des Behälters an, dass keine zweiten Partikel zwischen dem Rückhaltemittel und der Innenseite des Behälters passieren können. Vorzugsweise verbleibt zwischen dem Rückhaltemittel und der Innenseite des Behälters ein erster Spalt, der lediglich von ersten Partikeln und/oder Gas passiert werden kann. Die ersten Partikel bzw. das Gas können somit lediglich in den Randbereich gelangen, indem sie das Rückhaltemittel durchdringen oder den ersten Spalt passieren. Große Gasblasen werden dabei in mehrere kleinere Gasblasen zerteilt, welche typischerweise zumindest um eine Größenordnung verkleinert sind. Die in den Randbereich eintretenden kleineren Gasblasen können jeweils in etwa die Größe der Durchlässe des Rückhaltemittels aufweisen. Somit kann verhindert werden, dass große Gasblasen in den Randbereich gelangen und beim Zerplatzen an der Oberfläche des Fließbetts im Randbereich eine Vielzahl erster Partikel aus dem Fließbett herausschleudern.
• Das Rückhaltemittel kann parallel zur Referenzebene nach außen verlaufen. Vorzugsweise weist das Rückhaltemittel jedoch einen schrägen Verlauf auf, so dass es sich nach außen hin zugleich dem Boden des Behälters annähert. Die leichteren zweiten Partikel erfahren im durch die schweren ersten Partikel gebildeten Fließbett infolge der Gasströmung eine Auftriebskraft. An das schräge Rückhaltemittel anliegende zweite Partikel können lediglich aufsteigen, wenn sie sich dabei gleichzeitig nach innen bewegen. Somit führt das schräge Rückhaltemittel zu einer Rückführung der zweiten Partikel in Richtung des zentralen Bereichs. Die zweiten Partikel werden dadurch im Eintauchbereich der Form konzentriert. Es kann also eine gegen ein Aufreißen besonders stabile Deckschicht mit guten thermischen Isolationseigenschaften bereitgestellt werden. Ein vom Rückhaltemittel und dem Gasauffangbehälter eingeschlossener Winkel beträgt vorzugsweise zwischen 95 und 150°, besonders bevorzugt zwischen 105 und 135°. Das Rückhaltemittel weist vorzugsweise abhängig von der Form des Umfangsrands des Gasauffangbehälters eine Form auf, die der Oberfläche eines Kegelstumpfs bzw. Pyramidenstumpfs entspricht.
• Das Rückhaltemittel kann sich auch aus mehreren Abschnitten zusammensetzen. Insbesondere kann sich das Rückhaltemittel in einem ersten Abschnitt vom Umfangsrand des Gasauffangbehälters aus in Eintauchrichtung erstrecken und sich daran anschließend in einem zweiten Abschnitt nach außen bis hin zur Innenseite des Behälters erstrecken. Der zweite Abschnitt kann parallel zur Referenzebene verlaufen. Vorzugsweise weist der zweite Abschnitt jedoch einen schrägen Verlauf auf, so dass sich das Rückhaltemittel nach außen hin dem Boden des Behälters annähert. Zweckmäßigerweise sind der erste und zweite Abschnitt so dimensioniert, dass sich die Deckschicht im Wesentlichen in einem vom ersten Abschnitt umgebenen Bereich befindet. Dadurch ist die Deckschicht besonders gut im Eintauchbereich der Form konzentriert. Die Deckschicht ist dadurch besonders stabil gegen ein Aufreißen. Die durch die Deckschicht erzielte thermische Isolationswirkung ist besonders gut. Ein Übertritt von zweiten Partikeln in den Randbereich ist ausgeschlossen. Die Deckschicht passt sich besonders gut einem sich ändernden Querschnitt der eintauchenden Form an.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umgibt der Gasauffangbehälter den Ofen. Zwischen dem Ofen und dem Gasauffangbehälter ist vorzugsweise ein zweiter Spalt ausgebildet, der dem zentralen Bereich angehört. Der zweite Spalt ist vorzugsweise zum Fließbett hin offen. Der zweite Spalt wird also im Gleichgewichtszustand mit Gas mit dem Gasdruck p1 gefüllt. Auf dem Fließbett schwimmende zweite Partikel können in den zweiten Spalt hineinreichen.
• Der zentrale Bereich kann auch weitere auf einer dem Boden abgewandten Seite des Ofens gelegene Bereiche innerhalb des Behälters umfassen. Zweckmäßigerweise bildet dabei der Behälter selbst zumindest einen Abschnitt des Gasauffangbehälters. Der zentrale Bereich kann beispielsweise einen eine Schmelzvorrichtung umfassenden Schmelzbereich umfassen. Der Schmelzbereich wird in dieser Ausgestaltung also im Gleichgewichtszustand mit Gas mit dem Gasdruck p1 gefüllt. Der den Schmelzbereich umgebende Teil des Behälters kann zugleich einen Abschnitt des Gasauffangbehälters bilden. Dieser Teil des Behälters kann gasdicht mit einem Stutzen verbunden sein, der den Gasauffangbehälter komplettiert. Der Stutzen umgreift zweckmäßigerweise den Ofen, taucht in das Fließbett ein und trennt den zentralen Bereich vom Randbereich.
• Die ersten und/oder zweiten Partikel können beispielsweise aus Kohlenstoff, keramischen Werkstoffen und/oder metallischen Werkstoffen gebildet sein. Insbesondere kann die Wahl eines Materials der ersten Partikel mit der Wahl eines Materials der zweiten Partikel abgestimmt sein, beispielsweise in Hinblick auf deren Dichte und chemische Eigenschaften. Die ersten und/oder zweiten Partikel können aus einem Vollmaterial gebildet sein.
• Als eine zweckmäßige Ausgestaltung können auch poröse Partikel mit einer Porosität von 5 bis 97% als erste und/oder zweite Partikel verwendet werden. Unter dem Begriff „Porosität“ wird das Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen eines Partikels verstanden. Die mittlere Porengröße der Partikel liegt zweckmäßigerweise zwischen 1 und 200 nm. Insbesondere können als erste und/oder zweite Partikel mesoporöse Partikel verwendet werden. Mesoporöse Partikel zeichnen sich durch Porengrößen zwischen 2 und 50 nm aus. Die Porosität der Partikel kann auch durch Wärmebehandlung reduziert werden, um einen möglichen Eintrag von Schadgas zu reduzieren. Zweckmäßigerweise weisen die porösen Partikel eine geschlossene Porosität auf. Derartige Partikel zeichnen sich durch eine gute mechanische Stabilität aus. Eine unerwünschte Staubbildung kann unter Verwendung solcher Partikel weitgehend vermieden werden.
• Weil ein Herausschleudern erster und/oder zweiter Partikel in den zentralen Bereich und eine daraus resultierende Verunreinigung des geschmolzenen Metalls durch das erfindungsgemäße Verfahren reduziert bzw. vermieden werden, ist der Aspekt einer möglichen Verunreinigung des geschmolzenen Metalls für die Wahl des Materials der ersten bzw. zweiten Partikel zwar nicht mehr entscheidend.
• Dennoch sind die ersten und/oder zweiten Partikel zweckmäßigerweise aus Kohlenstoff gebildet. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die ersten und/oder die zweiten Partikel im Wesentlichen aus Glaskohlenstoff gebildet. Partikel aus Glaskohlenstoff zeichnen sich durch eine hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit unter Schutzgas oder Vakuum, eine besonders gute Abriebsbeständigkeit sowie eine extreme Korrosionsbeständigkeit aus. Ferner weist Glaskohlenstoff eine geringe Dichte von 1,3 bis 1,5 g/cm³ auf. Das erleichtert die Herstellung und Aufrechterhaltung des Fließbetts.
• Die ersten und/oder zweiten Partikel können einen Filz umfassen. Die ersten und/oder zweiten Partikel können alternativ auch einen Schaum umfassen. Insbesondere können die ersten und/oder zweiten Partikel ausschließlich aus Filz bzw. Schaum bestehen. Der Filz bzw. Schaum ist vorzugsweise aus Kohlenstoff hergestellt. Bei Filz und bei Schäumen handelt es sich um ein besonders leichtes Materialen. Auf den Filz bzw. auf den Schaum kann auch eine stabile Beschichtung aufgebracht sein, um einen Abrieb von Staub zu verhindern.
• Die ersten und/oder zweiten Partikel können aus hartschaligen Hohlkörpern gebildet sein, welche beispielsweise aus Grafit oder Keramik bestehen.
• Der Kohlenstoff in den ersten und/oder zweiten Partikeln kann auch als Grafit vorliegen. Es kann sich dabei um pyrolytischen Grafit handeln. Grafit weist eine besonders gute thermische Isolationswirkung auf.
• Die ersten und/oder zweiten Partikel können die Form von Kugeln aufweisen. Die ersten und/oder zweiten Partikel können alternativ die Form von Quadern aufweisen.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vergrößert sich eine für das Fließbett im Behälter zur Verfügung stehende Querschnittsfläche zwischen dem Boden des Behälters und einer den Umfangsrand des Gasauffangbehälters enthaltenden Ebene. Bei der den Umfangsrand des Gasauffangbehälters enthaltenden Ebene handelt es sich um die erste Ebene. Als Querschnittsfläche wird eine zur Referenzebene parallele Fläche verstanden, die durch den Behälter eingeschlossen ist. Der Behälter kann dazu in seinem Abschnitt zwischen dem Boden und der ersten Ebene eine umlaufende Stufe aufweisen. Weiterhin kann die Innenseite des Behälters in diesem Abschnitt oder in einem Teil dieses Abschnitts schräg nach außen verlaufen. Durch das Vorsehen einer größeren Querschnittsfläche an der ersten Ebene wird bewirkt, dass das Gas vor dem Erreichen der ersten Ebene abgebremst wird. Beim Eintreten in den eine geringere Querschnittsfläche zur Verfügung stellenden Randbereich wird das Gas ohnehin beschleunigt. Somit kann durch das vorhergehende Abbremsen die Gasgeschwindigkeit im Randbereich unter einem Grenzwert gehalten werden, der den Übergang des Fließbetts vom Zustand einer blasenbildenden Wirbelschicht in den Zustand einer zirkulierenden Wirbelschicht kennzeichnet. Der Zustand einer zirkulierenden Wirbelschicht würde zu einem unkontrollierten Austragen erster Partikel im Randbereich führen.
• Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird der Ofen mittels mehrerer Heizelemente beheizt. Der Ofen kann unter der Ausbildung mehrerer sich durch ihre Temperatur unterscheidender Heizzonen betrieben werden. Dadurch kann ein Temperaturverlauf innerhalb der Form optimiert werden. Beispielsweise kann eine Konvektion des geschmolzenen Metalls durch Einstellen einer im dem Boden des Behälters abgewandten Teil der Form erhöhten Temperatur reduziert werden.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Schnittansicht durch eine erste Vorrichtung zur Herstellung eines Gussbauteils,
• 2 eine schematische Schnittansicht durch eine zweite Vorrichtung zur Herstellung eines Gussbauteils und
• 3 eine schematische Schnittansicht durch eine dritte Vorrichtung zur Herstellung eines Gussbauteils.
• In den Figuren sind in einem Behälter 1 erste Partikel 2 und zweite Partikel 3 aufgenommen. Die ersten Partikel 2 bilden ein allgemein mit dem Bezugszeichen F bezeichnetes Fließbett. Auf dem Fließbett F schwimmt eine aus den zweiten Partikeln 3 gebildete Deckschicht D. Die ersten Partikel 2 sind als erste Kugeln aus mesoporösem Glaskohlenstoff ausgebildet. Derartige erste Partikel 2 weisen eine hervorragende Fließfähigkeit auf. Es lässt sich damit in einfacher und kostengünstiger Weise das Fließbett F aufrechterhalten. Die zweiten Partikel 3 sind als zweite Kugeln aus Grafitfilz ausgebildet und mit einer Beschichtung versehen. Grafitfilz weist besonders gute thermische Isolationseigenschaften auf. Die ersten Partikel 2 weisen eine höhere Dichte auf als die zweiten Partikel 3.
• Zur Herstellung des Fließbetts F wird Inertgas durch einen Boden 4 des Behälters 1 eingeblasen. Der Boden 4 weist dazu zumindest einen gasdurchlässigen Abschnitt 4a auf. Der Boden 4 kann beispielsweise eine poröse Sinterplatte zum Einblasen des Gases aufweisen. Alternativ kann der Boden 4 mehrere Düsen aufweisen. Der Boden 4 ist doppelwandig ausgestaltet und umfasst eine Gaseinlasskammer 5. Die Gaseinlasskammer 5 ist über einen Gaseinlassstutzen 6 mit einer Gasversorgung verbunden. - Die an das Fließbett F angrenzende Oberfläche des Bodens 4 definiert eine Referenzebene R.
• Zum Abführen von Gas aus dem Behälter 1 ist ein Gasabführstutzen 7 vorgesehen. An den Gasabführstutzen 7 ist eine mechanische Vakuumpumpe angeschlossen.
• Eine Form 9 ist auf einer Kühlplatte 8 abgestützt. Die Kühlplatte 8 ist auf einem Stempel 10 montiert, welcher vertikal bewegbar ist.
• Wie in den Figuren gezeigt, ist die Form 9 von einem Ofen 11 umgeben, welcher mittels Heizelementen 12 beheizbar ist. Mit dem Bezugszeichen 13 ist eine Einfüllvorrichtung zum Einfüllen einer in einer Schmelzvorrichtung 14 hergestellten metallischen Schmelze in die Form 9 bezeichnet. - Der Ofen 11 weist einen weiteren Boden 11a auf, in dem ein Durchbruch 11b vorgesehen ist. Es ist aber auch denkbar, dass der Ofen 11 keinen weiteren Boden 11a aufweist und in Richtung des Bodens 4 des Behälters 1 im Wesentlichen offen ist. Wie in 1 gezeigt, ist der Durchbruch 11b vor Beginn des Eintauchens der Form im Wesentlichen mittels der Kühlplatte 8 verschlossen. Der Ofen 11 ist weiterhin mit seinem weiteren Boden 11a in die Deckschicht D eingetaucht. Die Deckschicht D füllt dabei die von der Kühlplatte 8 und/oder von der Form 9 nicht ausgefüllten Bereiche des Durchbruchs 11b aus. Dadurch werden Wärmeverluste so gering wie möglich gehalten.
• Bei den in den Figuren gezeigten Vorrichtungen ist jeweils ein Gasauffangbehälter 15 in das Fließbett F eingetaucht und teilt in seinem Erstreckungsbereich den Behälter 1 in einen zentralen Bereich 17 und einen Randbereich 18.
• Bei der in 1 gezeigten ersten Vorrichtung zur Herstellung eines Gussbauteils umgreift ein Gasauffangbehälter 15 den Ofen 9 unter Ausbildung eines zweiten Spalts 16. Der zentrale Bereich 17 umfasst den Ofen 11, die Einfüllvorrichtung 13 und den zweiten Spalt 16. Bei der ersten Vorrichtung ist weiterhin der Randbereich 18 unmittelbar mit einem die Schmelzvorrichtung 14 umfassenden Schmelzbereich verbunden. Der Gasauffangbehälter 15 weist einen gasdicht verschließbaren Deckel 19 auf, welcher die Einfüllvorrichtung 13 abdeckt.
• Bei der in 2 gezeigten zweiten Vorrichtung zur Herstellung eines Gussbauteils umgreift der Gasauffangbehälter 15 wiederum den Ofen 9 unter Ausbildung eines zweiten Spalts 16. Der zentrale Bereich 17 umfasst wiederum den Ofen 11, die Einfüllvorrichtung 13 und den zweiten Spalt 16. Bei der in 2 gezeigten zweiten Vorrichtung ist der Gasauffangbehälter 15 durch einen den Schmelzbereich umfassenden Abschnitt 1a des Behälters 1 und eine sich von diesem Abschnitt 1a des Behälters 1 erstreckende im Wesentlichen zylinderförmige Hülse 15a gebildet.
• Die Hülse 15a liegt gasdicht an diesem Abschnitt 1a des Behälters 1 an. Der zentrale Bereich 17 umfasst daher auch den Schmelzbereich. Der Randbereich 18 ist bei der zweiten Vorrichtung dagegen nicht unmittelbar mit dem Schmelzbereich verbunden.
• Bei der in 3 gezeigten dritten Vorrichtung zur Herstellung eines Gussbauteils ist der Gasauffangbehälter 15 im Wesentlichen als eine Umwandung 15b des Ofens 11 ausgebildet. Weiterhin weist der Gasauffangbehälter 15 wie bei der ersten Vorrichtung den gasdicht verschließbaren Deckel 19 zum Abdecken der Einfüllvorrichtung 13 auf. Der zentrale Bereich 17 ist bei der dritten Vorrichtung aus dem Ofen 11, der Einfüllvorrichtung 13 und einem die Einfüllvorrichtung 13 umgebenden Bereich gebildet. Bei der dritten Vorrichtung ist wie bei der ersten Vorrichtung der Randbereich 18 unmittelbar mit einem die Schmelzvorrichtung 14 umfassenden Schmelzbereich verbunden.
• Der Behälter 1 weist von seinem Boden 4 sich erstreckende Seitenwände 22 auf. Die Seitenwände 22 können doppelwandig ausgeführt sein. Sie können in diesem Fall zumindest abschnittsweise mit einem Kühlmittel 23, beispielsweise Wasser oder Öl, durchströmt sein.
• Der Gasauffangbehälter 15 weist beispielsweise ebenso wie der Ofen 11 eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. In diesem Beispiel weist der Behälter 1 zweckmäßigerweise eine von seinem Boden 4 sich erstreckende im Wesentlichen zylindrische Seitenwand 22 auf.
• Wie in den Figuren gezeigt erstreckt sich ein Rückhaltemittel 20 von einem Umfangsrand des Gasauffangbehälter 15 bis zur Seitenwand 22 des Behälters 1. Der Umfangsrand des Gasauffangbehälter 15 ist im genannten Beispiel ringförmig. Wie besonders gut in der vergrößerten Detailansicht zu 2 ersichtlich weist das Rückhaltemittel 20 einen ersten Abschnitt 20a und daran anschließend einen zweiten Abschnitt 20b auf. Das Rückhaltemittel 20 kann allerdings beispielsweise auch so ausgeführt sein, dass es lediglich entweder den ersten 20a oder den zweiten Abschnitt 20b umfasst. Der erste Abschnitt 20a verläuft zylinderförmig vom Umfangsrand des Gasauffangbehälter 15 in Eintauchrichtung. Der zweite Abschnitt 20b verläuft daran anschließend in Eintauchrichtung konisch nach außen bis zur Seitenwand 22. Der dabei vom ersten 20a und zweiten Abschnitt 20b eingeschlossene Winkel beträgt beispielsweise 110°. Das Rückhaltemittel 20 ist nicht an der Seitenwand 22 befestigt. Zwischen dem Rückhaltemittel 20 und der Seitenwand 22 verbleibt ein erster Spalt 20c. Das Rückhaltemittel 20 ist aus einem Lochblech gebildet und weist eine Vielzahl von kreisförmigen Durchlässen 21 auf. Ein maximaler Durchmesser der Durchlässe 21 ist so gewählt, dass keine zweiten Partikel 3 durch die Durchlässe 21 hindurchtreten können. Ebenso ist eine Breite des ersten Spalts 20c so gewählt, dass keine zweiten Partikel 3 durch den ersten Spalt 20c hindurchtreten können. Lediglich erste Partikel 2 und Gas können durch die Durchlässe 21 bzw. den ersten Spalt 20c hindurchtreten. - Eine Durchlassebene E1 ist definiert als eine Ebene, welche einen dem Gasauffangbehälter 15 zugewandten Rand zumindest eines dem Gasauffangbehälter 15 nächstgelegenen Durchlasses 21 enthält und parallel zur Referenzebene R in einem ersten Abstand A1 zu dieser verläuft.
• Wie aus den Figuren ersichtlich ist, kann der Behälter 1 in einem vom Boden 4 sich erstreckenden ersten Abschnitt einen ersten Durchmesser und in einem sich vom ersten Abschnitt in Richtung der Abführvorrichtung 7 erstreckenden zweiten Abschnitt einen zweiten Durchmesser aufweisen. Der zweite Durchmesser ist größer als der erste Durchmesser. Der Behälter 1 erweitert sich bei den in Figuren gezeigten Vorrichtungen zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt konisch. Es kann aber auch beispielsweise eine Stufe zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt vorgesehen sein. Die Erweiterung des Durchmessers des Behälters 1 bewirkt eine Abnahme der Leerrohrgeschwindigkeit. Infolgedessen sind die die Deckschicht D bildenden zweiten Partikel 3 nicht oder nur in einem geringen Umfang fluidisiert. Das verbessert die Dichtwirkung der Deckschicht D bezüglich eines unerwünschten Hindurchtretens erster Partikel 2 und verbessert die thermische Isolationswirkung der Deckschicht D.
• Die Funktion der Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren wird nunmehr in Zusammensicht mit den Figuren, zunächst in Zusammensicht mit 1, näher erläutert.
• Zur Herstellung eines Gussbauteils wird zunächst über die Einfüllvorrichtung 13 flüssiges Metall, beispielsweise eine Nickel-Chrom-Superlegierung, in die Form 9 gegossen. Dazu wird der Deckel 19 geöffnet. Während des Einfüllens des geschmolzenen Metalls wird der Behälter 1 über einen weiteren Gasabführstutzen 24 auf ein Hochvakuum evakuiert. Dadurch werden Verunreinigungen im geschmolzenen Metall verringert. Aufgrund des Hochvakuums bilden die ersten Partikel 2 während des Einfüllens des geschmolzenen Metalls kein Fließbett F aus. Mittels der Heizelemente 12 wird das flüssige Metall in der Form 9 auf einer Temperatur oberhalb der Liquidustemperatur gehalten.
• Zur Herstellung des Fließbetts F wird ein am weiteren Gasabführstutzen 24 vorgesehenes Ventil geschlossen, so dass der Behälter 1 nicht weiter über den weiteren Gasabführstutzen 24 evakuiert wird. Außerdem wird der Deckel 19 geschlossen. Das Inertgas Argon wird über den Gaseinlassstutzen 6 in die Gaseinlasskammer 5 eingeleitet und tritt von dort durch den gasdurchlässigen Abschnitt 4a des Bodens 4 in das Innere des Behälters 1 ein. Durch das eingeleitete Gas werden die ersten Partikel 2 fluidisiert und bilden das Fließbett F.
• Auf dem Fließbett F schwimmt die aus den zweiten Partikeln 3 gebildete Deckschicht D. Die Deckschicht D dient dazu, das Fließbett F gegenüber dem Ofen 11 thermisch zu isolieren. Sie dient ferner dazu, einen Eintrag von Staub in den vom Ofen 11 umschlossenen Raum, insbesondere einen Eintrag von Staub in die Form 9, zu unterbinden.
• Durch den Gasabführstutzen 7 kann Gas wieder aus dem Behälter 1 abgeführt werden. Durch Einleiten von Gas durch den Boden 4 des Behälters 1 und durch Abführen des Gases durch den Gasabführstutzen 7 wird ein Gasfluss durch den Behälter 1 eingestellt. Das Gas durchströmt dabei das Fließbett F und den Randbereich 18. Das abgeführte Gas wird gefiltert, d.h. von Staub und/oder Partikeln gereinigt. Weiterhin kann das abgeführte Gas von Schadgas gereinigt werden. Das gefilterte abgeführte Gas kann gekühlt werden und zur Herstellung eines Gaskreislaufs durch den Boden 4 wieder in den Behälter 1 eingeleitet werden.
• Wegen des geschlossenen Deckels 19 bleibt in den Gasauffangbehälter 15 eingeströmtes Gas unter dem Gasauffangbehälter 15 gefangen. Der zentrale Bereich 17 füllt sich daher mit Gas, bis in einem Gleichgewichtszustand im zentralen Bereich 17 ein Gasdruck p1 erreicht wird. In diesem Gleichgewichtszustand weist das Fließbett F im vom Umfangsrand des Gasauffangbehälter 15 umgebenen Bereich eine erste Oberfläche auf. Bei einer Vorrichtung ohne Rückhaltemittel 20 liegt die erste Oberfläche in der den Umfangsrand des Gasauffangbehälters 15 enthaltenden ersten Ebene. Bei dem in den Figuren gezeigten Fall eines sich an den Gasauffangbehälter 15 anschließenden Rückhaltemittels 20 liegt die erste Oberfläche in der Durchlassebene E1 und weist damit den ersten Abstand A1 von der Referenzebene R auf. Der zentrale Bereich 17 befindet sich an der Durchlassebene E1 im Gleichgewicht mit dem angrenzenden Fließbett F. Der im zentralen Bereich 17 herrschende Gasdruck p1 entspricht dabei dem statischen Druck des Fließbetts F an der Durchlassebene E1. Das Fließbett F ist also im Gleichgewichtszustand durch das im Gasauffangbehälter 15 eingeschlossene Gas aus dem zentralen Bereich 17 herausgedrängt.
• Im Randbereich 18 stellt sich im Gleichgewichtszustand ein Gasdruck p2 ein. Der Gasdruck p2 ist geringer als der Gasdruck p1. Das Fließbett F weist im Randbereich 18 eine zweite Oberfläche auf. Die zweite Oberfläche liegt in einer zur Referenzebene R parallelen zweiten Ebene E2. Die zweite Ebene E2 weist einen zweiten Abstand A2 von der Referenzebene R auf. Der zweite Abstand A2 ist größer als der erste Abstand A1. Das Fließbett F türmt sich also im Randbereich 18 höher auf als in einem zwischen dem zentralen Bereich 17 und dem Boden 4 des Behälters 1 gelegenen Bereich.
• Aufgrund des Rückhaltemittels 20 bleibt der Randbereich 18 frei von der Deckschicht D. Die aus den zweiten Partikeln 3 gebildete Deckschicht D schwimmt daher lediglich an der ersten Oberfläche des Fließbetts F. Bei den in den Figuren gezeigten Bespielen erstreckt sich die Deckschicht D bis in den zentralen Bereich 17. Mehrere zweite Partikel 3 befinden sich ganz oder teilweise im zentralen Bereich 17. Das Rückhaltemittel 20 verhindert ein Eindringen der zweiten Partikel 3 in den Randbereich 18. Aufgrund des konischen Verlaufs des Rückhaltemittels 20 im zweiten Abschnitt 20b erfahren zweite Partikel 3, welche an den zweiten Abschnitt 20b anliegen, eine Querkraft in Richtung des ersten Abschnitts 20a. Dadurch werden die zweiten Partikel 3 in einem vom ersten Abschnitt 20a umgebenen Bereich konzentriert. Zweckmäßigerweise sind der erste 20a und zweite Abschnitt 20b des Rückhaltemittels 20 so dimensioniert, dass sich die Deckschicht D im Wesentlichen in einem vom ersten Abschnitt 20a umgebenen Bereich befindet. Dieser Bereich umfasst den Eintauchbereich der Form 9, d.h. den Bereich, in dem die Form die Deckschicht D durchdringt und in das Fließbett F eintritt. Aufgrund der Konzentrierung der Deckschicht D kann eine besonders dicke Deckschicht D für den Eintauchbereich der Form 9 bereitgestellt werden. Dadurch ist die Deckschicht D besonders stabil. Die Deckschicht D weist daher eine besonders gute thermische Isolationswirkung auf.
• Im Fließbett F aufsteigendes Gas bildet typischerweise in Aufstiegsrichtung immer weiter anwachsende Gasblasen aus. Die Gasblasen können zum zentralen Bereich 17 hin bis an die erste Ebene bzw. bis zur Durchlassebene E1 aufsteigen. Dort befindet sich die erste Oberfläche des Fließbetts F. Aufgrund des Druckgleichgewichts zwischen dem an der ersten Ebene bzw. Durchlassebene E1 anliegenden Fließbett F und dem zentralen Bereich 17 können die die erste Ebene bzw. Durchlassebene E1 erreichenden Gasblasen zwar Impulse an den zentralen Bereich 17 abgeben. Dadurch können begrenzte Druckschwankungen im zentralen Bereich 17 hervorgerufen werden. Ein weiteres Befüllen des zentralen Bereichs 17 mit Gas und eine damit einhergehende dauerhafte Erhöhung des Gasdrucks im zentralen Bereich 17 auf einen Gasdruck, welcher größer als der Gasdruck p1 wäre, ist dagegen ausgeschlossen. Daher werden die Gasblasen im Wesentlichen nach außen abgeleitet. Aufgrund des dort geringeren Drucks können die Gasblasen in den Randbereich 18 eindringen. Um in den Randbereich 18 zu gelangen, müssen die Gasblasen das Rückhaltemittel 20 durchdringen oder den ersten Spalt 20c passieren. Große Gasblasen werden dabei in mehrere kleinere Gasblasen zerteilt. Die zerteilten Gasblasen weisen typischerweise einen um zumindest eine Größenordnung geringeren Durchmesser auf. Die zerteilten Gasblasen steigen im Randbereich 18 weiter bis zur zweiten Oberfläche auf und treten dort in die Gasphase ein. Dabei kann es zu einem Zerplatzen der zerteilten Gasblasen kommen, wobei erste Partikel 2 aus dem Fließbett F herausgeschleudert werden können. Verglichen mit den in Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zerplatzenden großen Gasblasen schleudern die zerteilten Gasblasen jedoch erheblich weniger erste Partikel 2 aus dem Fließbett F. Außerdem werden die ersten Partikel 2 dabei erheblich weniger beschleunigt. Weiterhin ist durch das Vorsehen des Gasauffangbehälters 15 ausgeschlossen, dass die im Randbereich 18 herausgeschleuderten ersten Partikel 2 während des Erstarrungsprozesses in das in der Form 9 aufgenommene geschmolzene Metall gelangen.
• Eine Temperatur des Fließbetts F wird mit Hilfe von Kühleinrichtungen in einem vorgegebenen Temperaturbereich gehalten. Der vorgegebene Temperaturbereich liegt unterhalb der Solidustemperatur des verwendeten Metalls. Zur Herstellung eines Gussbauteils mit gerichtet erstarrten Kristallen wird nun die Kühlplatte 8 mittels des Stempels 10 in den Behälter 1 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit abgesenkt. Dabei durchdringt die Kühlplatte 8 sowie die darauf abgestützte Form 9 zunächst die Deckschicht D und erreicht eine in 2 dargestellte Position. Durch die Konzentrierung der Deckschicht D im Eintauchbereich der Form 9 wird sichergestellt, dass die Deckschicht D jederzeit vollständig erhalten bleibt und überdies deren Oberfläche im Wesentlichen einen unveränderten Abstand von der Referenzebene R einhält.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere die folgenden Vorteile erreicht werden:
• Die Deckschicht D wird erheblich stabiler gegen ein Aufreißen. Die Deckschicht D wird besonders störungsunempflindlich. Die Deckschicht D macht das Erstarren von geschmolzenem Metall in einer komplex geformten Form 9 möglich. Die Form 9 kann dabei offene Hohlräume bzw. Verzweigungen aufweisen.
• Die Deckschicht D weist eine besonders gute thermische Isolationswirkung auf. Damit durchläuft die Form bei ihrer Bewegung in das Fließbett einen besonders gut ausgeprägten Temperaturwechsel. Als Folge bildet sich beim Erstarren des geschmolzenen Metalls eine besonders feine Mikrostruktur aus. Daraufhin sind allenfalls kurze Wärmebehandlungszeiten zur Homogenisierung der Struktur des hergestellten Bauteils erforderlich. Verglichen mit dem Stand der Technik ergeben sich Bauteile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften bei einer besonders hohen Produktionsgeschwindigkeit und Durchsatzrate.
• Das Fließbett F kann mit einer höheren Gasgeschwindigkeit betrieben werden. Somit kann der Wärmeübergangskoeffizient des Fließbetts F durch das Einstellen einer geeigneten Gasgeschwindigkeit optimiert werden.
• Die Gefahr eines Herausschleuderns erster 2 und/oder zweiter Partikel 3 aus dem Fließbett F an der ersten Oberfläche wird erheblich reduziert. An der zweiten Oberfläche aus dem Fließbett F herausgeschleuderte erste Partikel 2 können nicht in das in der Form 9 aufgenommene geschmolzene Metall gelangen. Für die ersten 2 und/oder zweiten Partikel 3 könnten daher prinzipiell auch Materialien gewählt werden, welche für den Fall, dass erste 2 und/oder zweite Partikel 3 in das geschmolzene Metall gelangen und dieses verunreinigen, zu Fehlern im Bauteil führen würden.
• Bezugszeichenliste

1

Behälter

2

erste Partikel

3

zweite Partikel

4

Boden

4a

gasdurchlässiger Abschnitt

5

Gaseinlasskammer

6

Gaseinlassstutzen

7

Gasabführstutzen

8

Kühlplatte

9

Form

10

Stempel

11

Ofen

11a

weiterer Boden

11 b

Durchbruch

12

Heizelement

13

Einfüllvorrichtung

14

Schmelzvorrichtung

15

Gasauffangbehälter

15a

Hülse

15b

Umwandung

16

zweiter Spalt

17

zentraler Bereich

18

Randbereich

19

Deckel

20

Rückhaltemittel

20a

erster Abschnitt

20b

zweiter Abschnitt

20c

erster Spalt

21

Durchlässe

22

Seitenwand

23

Kühlmittel

24

weiterer Gasabführstutzen

A1

erster Abstand

A2

zweiter Abstand

D

Deckschicht

F

Fließbett

E1

Durchlassebene

E2

zweite Ebene

R

Referenzebene

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Behälters (1) mit einem aus fluidisierten ersten Partikeln (2) gebildeten Fließbett (F) und einer darauf schwimmenden, aus zweiten Partikeln (3) gebildeten Deckschicht (D), Bewegen einer geschmolzenes Metall enthaltenden Form (9) aus einem Ofen (11) durch die Deckschicht (D) in das Fließbett (F), und Erstarren des geschmolzenen Metalls in der Form (9) während der Bewegung der Form (9) in das Fließbett (F), dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) durch einen mit seinem Umfangsrand in das Fließbett (F) eintauchenden Gasauffangbehälter (15) in einen den Ofen (11) umfassenden zentralen Bereich (17) und einen Randbereich (18) geteilt wird, und ein erster Gasdruck p1 im zentralen Bereich (17) und ein zweiter Gasdruck p2 im Randbereich (18) relativ zueinander so eingestellt werden, dass folgende Druckbeziehung gilt: p1 > p2.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Einstellung der Druckbeziehung im Randbereich (18) Gas durch einen Gasabführstutzen (7) abgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Eindringen von zweiten Partikeln (3) in den Randbereich (18) durch ein sich vom Umfangsrand des Gasauffangbehälters (15) in das Fließbett (F) erstreckendes Rückhaltemittel (20), welches für Gas und erste Partikel (2) durchlässig und für zweite Partikel (3) undurchlässig ist, verhindert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als erste (2) und/oder zweite Partikel (3) poröse Partikel mit einer Porosität von 5 bis 97% verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten (2) und/oder zweiten Partikel (3) aus Kohlenstoff gebildet sind.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten (2) und/oder zweiten Partikel (3) einen Filz umfassen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kohlenstoff in den ersten (2) und/oder zweiten Partikeln (3) als Grafit vorliegt.
8. Vorrichtung zur Herstellung eines Gussbauteils, umfassend: - einen Behälter (1) mit einem aus fluidisierten ersten Partikeln (2) gebildeten Fließbett (F) und einer darauf schwimmenden, aus zweiten Partikeln (3) gebildeten Deckschicht (D), - eine Form (9) zum Aufnehmen von geschmolzenem Metall, die aus einem Ofen (11) durch die Deckschicht (D) in das Fließbett (F) bewegbar ist, um das geschmolzene Metall in der Form (9) während der Bewegung der Form (9) in das Fließbett (F) erstarren zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) durch einen mit seinem Umfangsrand in das Fließbett (F) eintauchenden Gasauffangbehälter (15) in einen den Ofen (11) umfassenden zentralen Bereich (17) und einen Randbereich (18) geteilt ist, und ein erster Gasdruck p1 im zentralen Bereich (17) und ein zweiter Gasdruck p2 im Randbereich (18) relativ zueinander so einstellbar sind, dass folgende Druckbeziehung gilt: p1 > p2.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei sich das Rückhaltemittel (20) ausgehend vom Umfangsrand in Eintauchrichtung erstreckt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei sich das Rückhaltemittel (20) bis zu einer Innenseite des Behälters (1) erstreckt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Gasauffangbehälter (15) den Ofen (11) umgibt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei sich eine für das Fließbett (F) im Behälter (1) zur Verfügung stehende Querschnittsfläche zwischen einem Boden (4) des Behälters (1) und einer den Umfangsrand des Gasauffangbehälters (15) enthaltenden Ebene vergrößert.

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