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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Um metallische Bauteile mit einkristalliner Erstarrung herzustellen, wurde das FCBC-Verfahren (Fluidized Carbon Bed Cooling) entwickelt. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von Gussbauteilen mit einer verbesserten Mikrostruktur. Ein wichtiges Merkmal der Mikrostruktur ist der sogenannte Dendritenstammabstand. Es handelt sich dabei um eine Maßzahl, die den mittleren Abstand der Mikroseigerung einer im Feinguss vergossenen Superlegierung darstellt. Im Anschluss an die gusstechnische Formgebung, beispielsweise in Form einer Turbinenschaufel, folgt ein mehrstufiger Wärmebehandlungsprozess zur Werkstoffhomogenisierung und zur Ausscheidungshärtung. Dabei wird eine ungleichmäßige Verteilung von Legierungselementen aufgelöst. Wenn der Dendritenstammabstand beispielsweise halbiert werden kann, ergibt sich der Vorteil, dass die Zeit zur Homogenisierung durch die Homogenisierungs-Wärmebehandlung auf ein Viertel verkürzt werden kann. Dementsprechend besteht Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von Gussbauteilen, die eine Bauteilmikrostruktur mit einem kleinen Dendritenstammabstand besitzen.
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In der
DE 2014 208 922 A1 ist ein FCBC-Verfahren vorgeschlagen worden. In einem Behälter befindet sich ein Fließbett, das aus fluidisierten ersten Partikeln gebildet ist. Darauf schwimmt eine aus zweiten Partikeln gebildete Deckschicht. Eine Form, die geschmolzenes Metall enthält, wird in einem Ofen auf eine hohe Temperatur aufgeheizt. Anschließend wird das in der Form aufgenommene geschmolzene Metall durch die aus den zweiten Partikeln gebildete Deckschicht in das Fließbett bewegt und kontrolliert abgekühlt. Dabei erstarrt das geschmolzene Metall in der Form. Das Fließbett wird durch ein Inertgas erzeugt, das die ersten Partikel durchströmt. Die ersten Partikel bestehen aus Kohlenstoff.
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Ein verbessertes Verfahren wird in der
DE 10 2014 216 766 A1 vorgeschlagen. Es wurde festgestellt, dass es im Fließbett zur Bildung von Gasblasen kommen kann, deren Zerplatzen zu einem Aufreißen der Deckschicht und zu einem Herausschleudern erster Partikel aus dem Fließbett führen kann. Daher ist bei dem verbesserten Verfahren ein Gasauffangbehälter vorgesehen, der ähnlich wie eine Taucherglocke mit der Öffnung nach unten in das Fließbett eintaucht, wodurch ein den Ofen umgebender zentraler Bereich und ein äußerer Randbereich gebildet werden. Der Gasdruck im zentralen Bereich ist in Folge unterschiedlicher Füllstände größer als der Gasdruck im Randbereich.
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Obwohl dadurch eine Verbesserung erzielt werden konnte, besteht das Problem, dass der Ofen, d. h. der die Gussform umgebende Bereich, unter bestimmten ungünstigen Bedingungen von partikelbeladenem Wirbelschichtabgas durchströmt wird. Das Wirbelschichtabgas strömt von den aus den fluidisierten ersten Partikeln durch die aus den zweiten Partikeln gebildete Deckschicht senkrecht nach oben durch die Bohrung in der Isolation des Ofens in einen rückseitigen Spalt. Diese unerwünschte Strömung des mit Partikeln beladenen Gasstroms führt zu einem Einbruch der Temperatur des die Form heizenden Ofens. Als Folge wurde der Prozess instabil, da die Temperatur der Heizelemente in dem Ofen nicht genau geregelt werden kann. Zudem gelangen den Ofen durchströmende Partikel in den Abguss und können dort mit der vergossenen Legierung reagieren. In der Konsequenz ist der Abguss unbrauchbar.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils anzugeben, das eine stabile Prozessführung und die Herstellung von Gussbauteilen mit einem geringen Dendritenstammabstand ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Freiraum zwischen dem Umfangsrand des Gasauffangbehälters und der Öffnung des Ofens durch einen Kühlboden abgedichtet wird.
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Erfindungsgemäß wird der in dem Ofen angeordnete Heizer durch den Kühlboden von der Wirbelschicht entkoppelt. Insbesondere wird durch den Kühlboden verhindert, dass ein mit Partikeln beladener Gasstrom durch den Ofen strömt und eine Abkühlung der Heizelemente bewirkt. Der Kühlboden dichtet einen normalerweise vorhandenen Ringspalt zwischen der Außenseite des Ofens und einem den Ofen umgebenden Gasauffangbehälter ab. Da an dieser Stelle kein Entweichen des Gases aus dem Zwischenraum möglich ist, wird das Entstehen einer Strömung durch das Innere des Ofens, in dem sich die Heizelemente und die Form befinden, wirksam verhindert.
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Nach der Inbetriebnahme des Kühlbodens stellte sich heraus, dass dieser einerseits für die harschen Bedingungen in der Umgebung des Heizers geeignet ist. Andererseits bewirkt der Kühlboden eine Unterbindung der Partikeldurchströmung des Heizers, wodurch die Stabilität des Prozesses und die Regelbarkeit des FCBC-Verfahrens sichergestellt werden.
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Beim Vergleich von Infrarot-Video-Aufzeichnungen zeigt sich, dass das Aufreißen von „Löchern“ im Nahbereich der Erstarrung in Folge von Blasenkollaps bei dem FCBC-Verfahren mit dem Kühlboden nicht oder nur in einem minimalen Umfang auftritt. Durch den Kühlboden ist somit gewährleistet, dass über den gesamten Zeitraum der Bauteilerstarrung und weit über die Minimalfluidisierung hinaus, eine geschlossene Isolierdeckschicht ausgebildet ist bzw. ausgebildet bleibt. Der Kühlboden führt unerwartet zu einer Beruhigung der Oberfläche des Fließbetts, das auch als dynamisches Baffle bezeichnet wird. Die durch den Kühlboden beeinflussten Strömungsverhältnisse im dynamischen Baffle wirken sich überraschender Weise positiv auf die einkristalline Bauteilerstarrung aus. Bauteile, die nach der Inbetriebnahme des Kühlbodens hergestellt wurden, zeigen auch bei erhöhten Abzugsgeschwindigkeiten eine verringerte Tendenz zur Ausbildung von Fehlkörnern. Der Kühlboden ermöglicht demnach eine verbesserte Prozessrobustheit, wodurch die gewünschte einkristalline Erstarrung ermöglicht wird.
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Wie sich durch die energetische Versuchsbilanzierung herausgestellt hat, beeinflusst der Kühlboden den Wärmehaushalt des FCBC-Verfahrens in überragendem Maße: Die Komponente führt ähnlich viel (und mehr) Erstarrungswärme ab als der gekühlte, die Wirbelschicht umschließende Behälter. Dies ist gerade deswegen bemerkenswert, da die Kühlbodenoberfläche, die mit der Wirbelschicht wechselwirkt, lediglich einen Bruchteil der Wirbelschichtbehälteroberfläche ausmacht und senkrecht und damit indirekt zum Bauteil-Erstarrungswärmestrom orientiert ist. Da die Implementierung des Kühlbodens eine weitere Reduzierung des Dendritenstammabstands zur Folge hatte, kann daraus geschlossen werden, dass die gekühlte Komponente, d.h. der Kühlboden, den die Erstarrung treibenden Temperaturgradienten verbessert hat. Der Kühlboden im FCBC-Prozess übt überraschenderweise eine Art Fernwirkung auf die Bauteilerstarrung aus.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Kühlboden von einem Kühlmedium wie Wasser durchströmt. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, den Kühlboden als passiven Kühler auszugestalten. Es wird jedoch bevorzugt, dass zum Abführen der Wärme und somit zum Abkühlen des geschmolzenen Metalls ein Kühlmedium wie Wasser oder Öl verwendet wird.
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Besonders bevorzugt wird es, dass der Kühlboden als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Kühlboden vergleichsweise flach ausgebildet sein kann. In der Folge ergibt sich beim Erstarren des geschmolzenen Metalls ein Erstarrungsbereich an einer genau festgelegten axialen Position. Mittels des Kühlbodens kann somit die Position des Erstarrungsbereichs exakt gesteuert werden.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zwischen dem Kühlboden und der Öffnung des Ofens eine ringförmige, zur Öffnung des Ofens geneigte Ablenkplatte angeordnet werden. Eine derartige Ablenkplatte wird auch als „statisches Baffle“ bezeichnet. Das statische Baffle wird z. B. aus Hartgraphit hergestellt. Das Material weist eine sehr schlechte thermische Leitfähigkeit auf. Wärmeverluste werden durch das Baffle reduziert. Des weiteren verringert das statische Baffle im Falle einer Formleckage eine Beschädigung des Kühlbodens. Die Ablenkplatte weist auf ihrer Oberseite eine radial nach innen und im eingebauten Zustand nach unten gerichtete schräge Oberfläche auf. Außenseitig liegt die Ablenkplatte ohne Zwischenraum am unteren Rand des Ofens, an der Ofenisolation, an. Die schräge Oberfläche der Ablenkplatte bewirkt, dass aus dem Fließbett stammende erste Partikel oder gegebenenfalls auch zweite Partikel, die durch den Gasstrom des Fließbetts in das Innere des Ofens gefördert wurden, wieder auf die aus den zweiten Partikeln gebildete Deckschicht zwischen der Außenseite der Form und der Innenseite des Ofens fallen. Zusätzlich soll durch das schräge statische Baffle verhindert werden, dass es zu einem elektrischen Kurzschluss kommt. Dadurch wird verhindert, dass diese Partikel in die Form gelangen oder eine Abkühlung der Heizelemente im Inneren des Ofens bewirken.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zwischen der Ablenkplatte und dem Kühlboden eine Dichtung angeordnet werden. Die Dichtung weist eine hohe elastische Kompressibilität auf. Der Montagespalt zwischen dem Kühlboden und dem statischem Baffle kann sich in Folge unterschiedlicher thermischer Längenausdehnung verändern. Das veränderte Spaltmaß wird durch die Dichtung kompensiert. Die Dichtung verhindert das unerwünschte Eindringen insbesondere der ersten Partikel in das Innere des Ofens. Vorzugsweise wird eine Graphit-Weichfilzmatte als Dichtung verwendet.
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Daneben betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gussbauteils, umfassend: Einen Behälter mit einem aus fluidisierten ersten Partikeln gebildeten Fließbett mit einer darauf schwimmenden, aus zweiten Partikeln gebildeten Deckschicht, eine Form für das Gussbauteil, die in einem in dem Behälter aufgenommenen Ofen aufheizbar ist, wobei über den Ofen ein einseitig offener Gasauffangbehälter gestülpt ist, dessen Umfangsrand in das Fließbett eintaucht, sowie einen Antrieb, um die geschmolzenes Metall enthaltende Form durch eine Öffnung des Ofens und die Deckschicht in das Fließbett zu bewegen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Freiraum zwischen dem Umfangsrand des Gasauffangbehälters und der Öffnung des Ofens durch einen Kühlboden abgedichtet ist. Zur Abdichtung sind Kühlboden, Dichtung und statisches Baffle nötig.
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Vorzugsweise ist der Kühlboden der erfindungsgemäßen Vorrichtung hohl ausgebildet und von einem Kühlmedium wie Wasser durchströmbar. Besonders bevorzugt wird es, dass der Kühlboden als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist. Vorzugsweise kann der Kühlboden durch Hydroforming (Innenhochdruckumformen) hergestellt sein.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es bevorzugt, dass zwischen dem Kühlboden und der Öffnung des Ofens eine ringförmige, zur Öffnung des Ofens geneigte Ablenkplatte angeordnet ist. Die im montierten Zustand obere Seite der Ablenkplatte ist somit schräg nach unten geneigt.
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Zwischen der Ablenkplatte und dem Kühlboden ist vorzugsweise eine Dichtung angeordnet, die als Graphit-Weichfilzmatte ausgebildet sein kann.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass an der Unterseite des Kühlbodens ein Lochblechring angeordnet ist. Der sich in Axialrichtung erstreckende Lochblechring ist vorzugsweise aus Kupfer hergestellt. Er weist eine Vielzahl von Löchern auf, deren Größe so bemessen ist, dass die zweiten Partikel des dynamischen Baffles die Löcher nicht durchdringen können. Allerdings wird der das Fließbett erzeugende Gasstrom im Bereich des Lochblechrings so abgelenkt, dass der Gasstrom zur Seite, d. h. radial nach außen, abgelenkt wird.
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Vorzugsweise wirkt der am Kühlboden angebracht Lochblechring mit einem im unteren Teil des Behälters angeordneten gelochten Rückhaltekorb zusammen, wobei der Lochblechring und der Rückhaltekorb im montieren Zustand axial ineinandergreifen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
- 2 eine geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Gussbauteils umfasst einen Behälter 2, dessen Oberseite durch einen näherungsweise halbkugelförmigen Deckel 3 verschließbar ist. Im unteren Teil des Behälters 2 sind erste Partikel 4 und zweite Partikel 5 aufgenommen. Die ersten Partikel 4 bilden ein Fließbett, auf dem eine aus den zweiten Partikeln 5 gebildete Deckschicht schwimmt. Die ersten Partikel 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Kugeln aus Glaskohlenstoff ausgebildet. die zweiten Partikel 5 sind als Würfel oder Kugeln aus Graphit ausgebildet und mit einer Beschichtung versehen. Die ersten Partikel 4 weisen eine höhere Dichte als die zweiten Partikel 5 auf.
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Zur Herstellung des Fließbetts wird ein Inertgas durch einen Boden 6 des Behälters 2 eingeblasen. Der Boden 6 weist in diesem Ausführungsbeispiel mehrere Düsen auf. Der Boden 6 ist als poröse Platte ausgeführt. Eine alternative Konstruktion wären viele Einzeldüsen. Unterhalb des Bodens 6 befindet sich eine Gaseinlasskammer 7, die mit einem Einlassstutzen 8 versehen ist. Das Abführen von Gas aus dem Behälter 2 erfolgt über einen Gasabführstutzen 9, an den eine Vakuumpumpe angeschlossen ist.
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Eine Form 10 ist auf einer Kühlplatte 11 angeordnet. Die Kühlplatte 11 ist auf einem Stempel 12 angeordnet, der mittels eines Antriebs (nicht gezeigt) vertikal bewegbar ist.
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Die Form 10 ist von einem Ofen 13 umgeben, der mehrere Heizelemente 14 aufweist. Eine Schmelzvorrichtung 15 ist innerhalb des Deckels 3 des Behälters 2 angeordnet und dient zum Herstellen einer metallischen Schmelze. Die metallische Schmelze wird aus der Schmelzvorrichtung 15 in die Form 10 gegossen. Der Ofen 13 ist von einem glockenförmigen Gasauffangbehälter 16 umgeben. Der Gasauffangbehälter 16, genauer gesagt dessen unterer, eine Öffnung bildende Umfangsrand 18, ist mittels eines Kühlbodens 17 abgedichtet. Der Kühlboden 17 weist eine Ringform auf und erstreckt sich von dem Umfangsrand 18 des Gasauffangbehälters 16 radial nach innen bis über die untere Öffnung des Ofens 13 hinaus. Vorteilhaft ist der Innendurchmesser des Kühlbodens größer als der des statischen Baffles. Zum einen wird verhindert, dass der Formheizer direkt in den Kühlboden „einkoppelt“. Zum anderen ist im Fall einer Leckage der Superlegierung sichergestellt, dass diese den Kühlboden nicht beschädigt. Der Kühlboden 17 ist hohl ausgebildet und wird während des Betriebs der Vorrichtung 1 von einem Kühlmedium durchströmt. Der Kühlboden 17 ist als Plattenwärmetauscher ausgebildet und durch Hydroforming hergestellt. Im Vergleich zu Kühleinrichtungen bei herkömmlichen Verfahren, beispielsweise bei einem HRS-Verfahren (High Rate Solidification), zeichnet sich der Kühlboden 17 durch eine geringe Höhe von ca. 5 bis 10 mm aus. Demgegenüber weisen herkömmliche Kühleinrichtungen, die bei dem HRS-Verfahren zur Anwendung kommen, eine Höhe von etwa 40 bis 100 mm auf.
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Auf der rechten Seite von 1 ist eine vergrößerte Ansicht des Kühlbodens 17 und der benachbarten Bauteile dargestellt. Oberhalb des Kühlbodens 17 befindet sich eine Dichtung 19, die in diesem Ausführungsbeispiel als Graphit-Weichfilzmatte ausgebildet ist.
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Im Bereich des unteren Endes der Öffnung des Ofens 13 ist eine Ablenkplatte 20 angeordnet, die auch als statisches Baffle bezeichnet wird. Die Ablenkplatte 20 ist formschlüssig am unteren Rand des Ofens 13 angeordnet. Die Unterseite der Ablenkplatte liegt teilweise auf der Dichtung 19 auf. In der geschnittenen Ansicht erkennt man, dass die Ablenkplatte 20 eine schräge Fläche 21 aufweist, die radial nach innen nach unten geneigt ist. Innenseitig grenzt die aus den zweiten Partikeln 5 gebildete Deckschicht an die Abdeckplatte 20 an.
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An der Unterseite des Kühlbodens 17 befindet sich ein Lochblechring 22, der aus Kupfer hergestellt ist. In 1 erkennt man, dass die aus den zweiten Partikeln 5 gebildete Deckschicht sich innerhalb des Lochblechrings 22 befindet.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung des Gussbauteils wird in der Schmelzvorrichtung 15 flüssiges Metall erhitzt. Dabei handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Nickel-Chrom-Superlegierung. Zum Einfüllen des flüssigen Metalls wird ein Stopfen 23 entfernt, der eine Öffnung an der Oberseite des Gasauffangbehälters 16 verschließt. Während des Einfüllens wird der Behälter 2 über den Gasabführstutzen 26, der mit einer Vakuumpumpe verbunden ist, evakuiert. Dadurch werden Verunreinigungen im geschmolzenen Metall verringert. Aufgrund des Hochvakuums bilden die ersten Partikel 4 während des Einfüllens des geschmolzenen Metalls in die Form 10 kein Fließbett aus. Während des Einfüllens befindet sich die Form 10 innerhalb des Ofens 13, d. h. oberhalb der in 1 gezeigten Position. Mittels der Heizelemente 14 wird das flüssige Metall in der Form 10 auf einer Temperatur oberhalb der Liquidustemperatur gehalten.
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Nach dem Einguss der Superlegierung in die Form 10 wird der Gasauffangbehälter 16 mit dem Stopfen 23 verschlossen. Der Hochvakuumpfad über den Gasabführstutzen 26 wird verschlossen. Das Wirbelschichtabgas passiert nun den Gasabführstutzen 9. Der Prozessdruck während der Erstarrung der Superlegierung wird über einen Vakuumpumpstand (nicht dargestellt) im Anschluss an den Gasabführstutzen 9 geregelt. Zur Herstellung des Fließbetts wird ein Inertgas wie Argon über den Einlassstutzen 8 in die Gaseinlasskammer 7 eingeleitet und tritt über den Öffnungen aufweisenden Boden 6 in das Innere des Behälters 2 ein. Durch das eingeleitete Gas werden die ersten Partikel 4 fluidisiert und bilden das Fließbett. Die Erstarrung läuft unter reduziertem Druck (kleiner als der Umgebungsdruck). Über den Boden 6 wird temeratur- und prozessdruckabhängig Gas gesteuert eingeleitet. Gleichzeitig wird durch eine Drossel im Vakuum-Abgaspfad nach dem Gasabführstutzen 9 der Prozessdruck eingeregelt. Auf dem Fließbett schwimmt die aus den zweiten Partikeln 5 gebildete Deckschicht. Die Deckschicht dient dazu, das Fließbett gegenüber dem Ofen 13 thermisch zu isolieren. Sie dient ferner dazu, einen Eintrag von Partikeln 4 in den Raum zwischen den Ofen 13 und dem Gasauffangbehälter 16 zu verhindern. Der Kühlboden 17, der zusammen mit dem statischen Baffle unter der Dichtung den Zwischenraum zwischen dem Gasauffangbehälter 16 und dem Ofen 13 unterseitig abdichtet, verhindert, dass aufgrund von Druckunterschieden eine „Kurzschlussströmung“ entsteht, die eine Abkühlung der Heizelemente 14 und nachfolgend eine unerwünschte Temperaturänderung der Form 10 bewirken würde.
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In 1 erkennt man, dass die ersten Partikel 4 etwa bis zur Unterkante des Kühlbodens 17 in dem Behälter 2 eingefüllt sind. Sofern dennoch Partikel in das Innere des Ofens 13 eindringen, fallen diese auf die schräge Fläche 21 der Abdeckplatte 20 und von dort auf die Deckschicht bzw. durch die Deckschicht und gelangen so wieder zu den ersten Partikeln 4. Da keine Durchströmung des Ofens 13 stattfindet, können die Heizelemente 14 die Temperatur des Ofens 13 und somit die Temperatur der Form 10 präzise regeln.
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Alle Komponenten in der Wirbelschicht sind wassergekühlt. Dies betrifft neben der Kühlplatte 11 auch den Stempel (Hubsäule) 12, den Wirbelschichtbehälter 27 und auch den Kühlboden 17. Die Komponenten sind über einen Wasserverteilerbalken mit (weitgehend) konstanten Wasserdurchsätzen beaufschlagt. Die Wirbelschichttemperatur stellt sich entsprechend der Dicke des dynamischen Baffle und des Wärmeübergangs an die wirbelschichtbeeinflussten Komponenten ein. Der vorgegebene Temperaturbereich liegt unterhalb der Solidustemperatur des verwendeten Metalls. Zur Herstellung eines Gussbauteils mit gerichtet erstarrten Kristallen wird die auf der Kühlplatte 11 angeordnete Form 10 mittels des bewegbaren Stempels 12 innerhalb des Behälters 2 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit abgesenkt. Die Abzugsgeschwindigkeit muss nicht konstant sein. Bei bestimmten Bauteilen kann es von Vorteil sein, die Geschwindigkeit dem aktuellen Erstarrungsquerschnitt anzupassen. Dabei durchdringt die Kühlplatte 11 sowie die darauf angeordnete Form 10 ausgehend von einer oberen Position des Ofens 13 - wie in 1 gezeigt ist - die Deckschicht aus den zweiten Partikeln 5. Durch den Lochblechring 22 wird sichergestellt, dass die Deckschicht jederzeit vollständig erhalten bleibt. Die Deckschicht weist eine besonders gute thermische Isolationswirkung auf. Damit durchläuft die Form 10 bei ihrer Bewegung in das Fließbett einen besonders ausgeprägten, scharfen Temperaturgradient. 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.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1. Die in 2 gezeigte Vorrichtung entspricht im Wesentlichen der in 1 gezeigten Vorrichtung, daher wird auf eine Beschreibung übereinstimmender Komponenten verzichtet.
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In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine obere Öffnung des Gasauffangbehälters
16 nach dem Gießen der Schmelze in die Form
10 mit dem Stopfen
23 verschlossen. Dementsprechend wird eine direkte Durchströmung des Ofens
13 verhindert. Im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Füllhöhe der ersten Partikel
4 höher. Die Oberkante der ersten Partikel
4 befindet sich oberhalb des Kühlbodens
17, sodass das untere Ende des Gasauffangbehälters 16 in die ersten Partikel
4 eintaucht. Die in
2 gezeigte Vorrichtung arbeitet nach dem „Gegendruckprinzip“, das auch in der
DE 10 2014 216 766 A1 gezeigt ist. In dem Zwischenraum
24 zwischen der Außenseite des Ofens
13 und der Innenseite des Gasauffangbehälters 16 ist ein höherer Druck vorhanden als im Randbereich
25. Der höhere Druck in dem Zwischenraum
24 verhindert, dass erste Partikel
4 in das Innere des Ofens
13 eindringen und die Schmelze verschmutzen.
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Versuche haben gezeigt, dass die Heizelemente 14 der Vorrichtung 1 so geregelt werden können, dass eine stabile Prozessführung möglich ist. Insbesondere wird eine unkontrollierte Abkühlung der Heizelemente 14 durch eine Kurzschlussströmung verhindert, die bisher die stabile Durchführung des Erstarrungsprozesses verhindert hat. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Abzugsgeschwindigkeit, mit der der Stempel 12 und die Form 10 abgesenkt werden, nahezu verdoppelt werden konnte im Vergleich zu dem herkömmlichen HRS-Prozess. Zusätzlich benötigt das beschriebene Verfahren weniger als die Hälfte der Energie als das HRS-Verfahren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Behälter
- 3
- Deckel
- 4
- erste Partikel
- 5
- zweite Partikel
- 6
- Boden
- 7
- Gaseinlasskammer
- 8
- Einlassstutzen
- 9
- Gasabführstutzen
- 10
- Form
- 11
- Kühlplatte
- 12
- Stempel
- 13
- Ofen mit Ofenisolation
- 14
- Heizelement
- 15
- Schmelzvorrichtung
- 16
- Gasauffangbehälter
- 17
- Kühlboden
- 18
- Umfangsrand
- 19
- Dichtung
- 20
- Ablenkplatte
- 21
- schräge Fläche
- 22
- Lochblechring
- 23
- Stopfen
- 24
- Zwischenraum
- 25
- Randbereich
- 26
- Vakuumstutzen
- 27
- Wirbelschichtbehälter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2014208922 A1 [0003]
- DE 102014216766 A1 [0004, 0036]
