DE10232324B4

DE10232324B4 - Method for producing a directionally solidified casting and casting device for this purpose

Info

Publication number: DE10232324B4
Application number: DE2002132324
Authority: DE
Inventors: Ulrich Betz; Michael Schäfer
Original assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: DE10232324A1

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines gerichtet erstarrten Gussteiles, bei welchem in einem mit einer Heizung ausgestatteten Formenheizer eine mit einem Gießtrichter versehene Gießform auf einer höhenverfahrbaren Kühlplatte angeordnet wird und bei dem die Gießform nach dem Befüllen mit dem Metall durch einen Durchlass in einer oberen Wand des Formenheizers nach unten hin aus dem Formenheizer oder der Formenheizer nach oben gefahren wird und bei dem der Formenheizer eine Heizung mit übereinander angeordneten, separaten Heizelementen hat, die in unterschiedlichen Höhenbereichen des Formenheizers hinsichtlich ihrer Heizleistung/Temperatur unterschiedlich regelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass erforderlichenfalls durch Einfahren der Kühlplatte in den Formenheizer die Gießform zum Befüllen so weit nach oben in den Formenheizer gefahren wird, dass der Gießtrichter sich unmittelbar unterhalb des Durchlasses befindet und dass man dabei die Heizleistung/Temperatur des unabhängigen Heizungsbereiches nach Veränderung der Position der Gießform innerhalb des Formenheizers so einstellt, dass sich das gewünschte Temperaturprofil auf der Gießform einstellt.method for producing a directionally solidified casting, in which in a mold heater equipped with a heater one with a sprue provided mold on a height-adjustable cooling plate is arranged and in which the mold after filling with the metal through a passage in an upper wall of the mold heater down from the mold heater or the mold heater up is driven and in which the mold heater, a heater with one above the other arranged, has separate heating elements, which in different Height ranges of Mold heater with respect to their heating capacity / temperature different are controllable, characterized in that, if necessary by retracting the cooling plate in the mold heater the mold for filling so far up into the mold heater is driven that the casting funnel is located just below the passage and that one while the heating power / temperature of the independent heating area after Change in the Position of the mold adjusted within the mold heater so that the desired temperature profile on the mold established.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines gerichtet erstarrten Gussteiles, bei welchem in einem mit einer Heizung ausgestatteten Formenheizer eine mit einem Gießtrichter versehene Gießform auf einer höhenverfahrbaren Kühlplatte angeordnet wird und bei dem die Gießform nach dem Befüllen mit dem Metall durch einen Durchlass in einer oberen Wand des Formenheizers nach unten hin aus dem Formenheizer oder der Formenheizer nach oben gefahren wird und bei dem der Formenheizer eine Heizung mit übereinander angeordneten, separaten Heizelementen hat, die in unterschiedlichen Höhenbereichen des Formenheizers hinsichtlich ihrer Heizleistung/Temperatur unterschiedlich regelbar sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Gießform hierzu.The The invention relates to a method for producing a directionally solidified Castings, in which in one equipped with a heater Mold heater one with a sprue provided mold on a height-adjustable cooling plate is arranged and in which the mold after filling with the metal through a passage in an upper wall of the mold heater down from the mold heater or the mold heater up is driven and in which the mold heater, a heater with one above the other arranged, has separate heating elements, which in different height ranges of the mold heater with respect to their heating capacity / temperature different are controllable. Furthermore, the invention relates to a mold for this purpose.

Ein Verfahren der vorstehenden Art und eine entsprechende Gießvorrichtung ergibt sich aus der DE 198 43 354 C1 .A method of the above type and a corresponding casting apparatus results from the DE 198 43 354 C1 ,

Zum Stand der Technik ist auch die JP 10085927 A zu nennen. Da das flüssige Metall durch den Durchlass im Formenheizer hindurch in den Gießtrichter gegossen wird, sollte der Gießtrichter sich möglichst nahe unterhalb des Durchlasses befinden. Das bereitet keine Schwierigkeiten, wenn der Formenheizer für Gießformen einer festgelegten Höhe bemessen ist. Will man jedoch mit einem solchen Formenheizer auch niedrigere Gussteile erzeugen und ist die dann verwendete Gießform entsprechend niedrig, dann muss man entweder den Gießtrichter mit einem längeren Hals versehen, damit er bis unterhalb des Durchlasses reicht oder aber den kompletten Formenheizer durch einen Formen heizer mit geringerer Bauhöhe ersetzen. Ersteres führt zu höheren Formenkosten und zu einem unerwünscht hohen Verbrauch an Metall, weil der Hals des Gießtrichters bei jedem Gießvorgang zumindest teilweise mit gefüllt werden muss. Letzteres verursacht hohe Kosten für einen zusätzlichen Formenheizer und bedingt unerwünscht hohen Umrüstaufwand bei dem Formenheizer.The state of the art is also the JP 10085927 A to call. Since the liquid metal is poured through the passage in the mold heater into the sprue, the sprue should be as close as possible below the passage. This presents no difficulty if the mold heater is sized for molds of a specified height. However, if you want to produce lower castings with such a mold heater and then the mold used is then low, then you must either provide the pouring funnel with a longer neck so that it reaches below the passage or the complete mold heater by a mold heater with lesser Replace height. The former leads to higher mold costs and an undesirably high consumption of metal, because the neck of the sprue must be at least partially filled with each casting. The latter causes high costs for an additional mold heater and causes undesirable high conversion costs in the mold heater.

Zum Stand der Technik gehören auch: DE 195 39 770 A1 , DE 196 22 659 und US 5,778,961 .The state of the art also includes: DE 195 39 770 A1 . DE 196 22 659 and US 5,778,961 ,

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass in ein und demselben Formenheizer unterschiedlich hohe Gießformen befüllt werden können, ohne dass hierzu Umbauarbeiten am Formenheizer oder unterschiedlich lange Gießtrichterhälse notwendig werden. Weiterhin soll eine Gießvorrichtung geschaffen werden, die sich zur Durchführung des Verfahrens eignet.Of the Invention is based on the problem, a method of the initially so called that in one and the same form heater different levels of casting filled can be without having to modify the mold heater or different long casting funnel necks necessary become. Furthermore, a casting device be created, which is suitable for carrying out the method.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,, dass erforderlichenfalls durch Einfahren der Kühlplatte die Gießform zum Befüllen so weit nach oben in den Formenheizer gefahren wird, dass der Gießtrichter sich unmittelbar unterhalb des Durchlasses befindet und dass man dabei die Heizleistung/Temperatur des unabhängigen Heizungsbereiches nach Veränderung der Position der Gießform innerhalb des Formenheizers so einstellt, dass sich das gewünschte Temperaturprofil auf der Gießform einstellt.The The first problem is solved according to the invention, that if necessary, by retracting the cooling plate, the mold for fill so far up into the mold heater is driven that the casting funnel is located just below the passage and that one while the heating power / temperature of the independent heating area after change the position of the mold adjusted within the mold heater so that the desired temperature profile on the mold established.

Durch diese Verfahrensweise spielt die Höhe der Gießform und die Höhenlage ihres Gießtrichters keine Rolle mehr, weil erfindungsgemäß die Kühlplatte mit der auf ihr stehenden Gießform zum Füllen der Gießform in dem Formenheizer so weit nach oben gefahren wird, bis sich der Gieß trichter unmittelbar unterhalb des Durchlasses des Formenheizers befindet. Eine Überhitzung des unteren Bereiches der Gießform und insbesondere der Kühlplatte und der sie tragenden Stange lässt sich dadurch vermeiden, dass in der Befüllungsposition der entsprechende untere Bereich der Heizung abgeschaltet wird oder mit geringerer Heizleistung arbeitet. Auch bei der gerichteten Erstarrung während des Herausfahrens der Gießform aus dem Formenheizer lässt sich durch die Aufteilung der Heizung in Heizungsbereiche der erforderliche Temperaturverlauf in der sich abkühlenden Schmelze erzielen.By This procedure plays the height of the mold and the altitude none of her casting funnel Role more, because according to the invention, the cooling plate with the casting mold standing on it to fill the mold in the mold heater is driven so far up, until the Pouring funnel located immediately below the passage of the mold heater. Overheating the lower part of the mold and in particular the cooling plate and the pole that carries her avoid the fact that in the filling position of the corresponding lower area of the heater is turned off or with lesser Heating power works. Also in the directional solidification during the Moving out of the mold leaves out of the mold heater by the distribution of the heating in heating areas of the required Temperature profile in the cooling melt achieve.

Das zweitgenannte Problem wird bei einer Gießvorrichtung mit einem eine Heizung aufweisenden Formenheizer, welcher in seiner oberen Wand einen Durchlass zum Befüllen einer auf einer Kühlplatte in dem Formenheizer stehend angeordneten Gießform aufweist und bei dem die Kühlplatte auf einem freien Ende einer höhenverfahrbaren Stange angeordnet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der Kühlplatte eine die Gießform umschließende Wärmeisolationsplatte aufliegt, welche außenseitig über die Kühlplatte hinausragt und dort von oben her auf einen nach innen gerichteten Flansch des Formenheizers aufliegt und eine Relativbewegung zwischen ihr und der Gießform zulässt.The second problem is in a casting apparatus with a Heating having mold heater, which in its upper wall a Passage for filling one on a cooling plate in the mold heater standing arranged mold and in which the cooling plate on a free end of a height-adjustable Rod is arranged according to the invention achieved in that on the cooling plate one the mold enclosing Heat insulation plate rests, which outside on the cooling plate protrudes and there from above to an inward facing Flange of the mold heater rests and a relative movement between you and the mold allows.

Eine solche Wärmeisolationsplatte bewegt sich beim Hochfahren der Kühlplatte mit ihr in den Formenheizer hinein, bleibt aber beim Herausfahren der Kühlplatte mit der darauf stehenden Gießform auf dem Flansch liegen und verschließt dadurch den Formenheizer. Die Kühlplatte wird auf diese Weise vor unzulässig hoher Wärmeeinwirkung von oben geschützt, und zugleich kommt es beim Aufheizen der leeren Gießform zu einem Abschluss des Formenheizers nach unten.A such heat insulation plate moves when you start the cooling plate with her in the mold heater into it, but remains when moving out of the cooling plate with the standing on it mold lie on the flange and thereby closes the mold heater. The cooling plate becomes inadmissible in this way high heat effect protected from above, and at the same time it comes to the heating of the empty mold a conclusion of the mold heater down.

Die die Kühlplatte tragende Stange wird beim Hineinfahren in den Formenheizer vor unzulässig hoher Wärmeeinwirkung geschützt, wenn außenseitig um die Kühlplatte ein nach unten gerichteter, die höhenverfahrbare Stange umschließender Wärmeschutzvorhang angeordnet ist.The the cooling plate supporting rod becomes inadmissible higher when driving into the mold heater the effect of heat protected, if outside around the cooling plate a downwardly directed, the height-adjustable rod enclosing heat protection curtain is arranged.

Für ein optimales Arbeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn die Heizung eine möglichst geringe thermische Masse aufweist. Hierdurch kann man die Heizleistung/Temperatur der unabhängigen Heizzonen nach der Veränderung der Position der Gießform innerhalb des Formenheizers rasch so einstellen, dass sich das gewünschte Temperaturprofil entlang der Gießform einstellt.For an optimal Working the device according to the invention It is advantageous if the heater has the lowest possible thermal Has mass. This can be the heating power / temperature of independent Heating zones after the change the position of the mold within the mold heater quickly adjust so that the desired temperature profile along the mold established.

Vorteilhaft ist es auch, wenn der Formenheizer durch eine von außen her waagerecht in sie bis nahe der Gießform hineinragende Trennwand entsprechend der Höhe der Heizkörper in eine obere Heizkammer und eine untere Heizkammer aufgeteilt ist. Hierdurch wird gefördert, dass die Wärme der übereinander angeordneten Heizkörper sich möglichst wenig auf höher oder tiefer liegende Bereiche der Gießform auswirkt.Advantageous It is also when the mold heater by an outside horizontally in them to near the mold protruding partition according to the height the radiator is divided into an upper heating chamber and a lower heating chamber. This will promote that the heat the one above the other arranged radiator as possible little on higher or underlying areas of the mold.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe Invention leaves different embodiments to. To further clarify its basic principle is one of them shown in the drawing and will be described below. These shows in

1 einen senkrechten Schnitt durch eine Gießvorrichtung nach der Erfindung in Aufheizposition der Gießform, 1 a vertical section through a casting device according to the invention in heating position of the mold,

2 einen der 1 entsprechenden Schnitt durch die Gießform in Befüllungsposition. 2 one of the 1 corresponding section through the mold in filling position.

Wie die 1 zeigt, hat die erfindungsgemäße Gießvorrichtung einen Formenheizer 1, in welchem sich eine gestrichelt dargestellte, auf einer Kühlplatte 2 stehende Gießform 3 befindet. Diese Gießform 3 hat an ihrer oberen Seite einen Gießtrichter 4.As the 1 shows, the casting device according to the invention has a mold heater 1 in which a dashed line shown on a cooling plate 2 standing mold 3 located. This mold 3 has a sprue on its upper side 4 ,

Die Kühlplatte 2 ist auf einer Stange 5 befestigt, welche mit der Kühlplatte 2 auf übliche, nicht gezeigte Weise mehr oder weniger weit in den Formenheizer 1 hineingefahren werden kann. Der Formenheizer 1 hat an seiner Unterseite einen nach innen gerichteten Flansch 6. Auf diesem Flansch 6 und der Kühlplatte 2 liegt von oben her eine Wärmeisolationsplatte 7 auf, die die Gießform 3 umschließt und die Kühlplatte 2 nach außen hin geringfügig überragt, so dass sie zugleich auf dem Flansch 6 aufliegt. von der Kühlplatte 2 erstreckt sich ein Wärmeschutzvorhang 8 nach unten, der die Außenseite der Kühlplatte und die Stange 5 umschließt.The cooling plate 2 is on a pole 5 attached, which with the cooling plate 2 in the usual way, not shown, more or less in the mold heater 1 can be driven into it. The mold heater 1 has an inwardly directed flange on its underside 6 , On this flange 6 and the cooling plate 2 is from above a heat insulation plate 7 on that the mold 3 encloses and the cooling plate 2 slightly surmounted on the outside, so that it at the same time on the flange 6 rests. from the cooling plate 2 extends a thermal protection curtain 8th down, the outside of the cooling plate and the rod 5 encloses.

Oberhalb des Formenheizers 1 erkennt man einen Deckel 9, der zum Eingießen des Metalls durch eine Öffnung 10 in die Gießform 3 geöffnet wird. Entlang der inneren Mantelfläche des Formenheizers 1 ist eine elektrische Heizung 11 mit möglichst geringer thermischer Masse angeordnet, die zum Beispiel aus zwei übereinander verlaufenden, separat zu betreibenden Heizkörpern 12, 13 besteht. Entsprechend der Höhe der beiden Heizkörper 12, 13 ist der Formenheizer 1 durch eine von außen her waagerecht in sie bis nahe der Gießform 3 hineinragende Trennwand 15 in eine obere Heizkammer 16 und eine untere Heizkammer 17 aufgeteilt.Above the mold heater 1 you can see a lid 9 , which involves pouring the metal through an opening 10 in the mold 3 is opened. Along the inner surface of the mold heater 1 is an electric heater 11 arranged with the lowest possible thermal mass, for example, from two superimposed, to be operated separately radiators 12 . 13 consists. According to the height of the two radiators 12 . 13 is the mold heater 1 through one from the outside horizontally in them to near the mold 3 protruding partition 15 in an upper heating chamber 16 and a lower heating chamber 17 divided up.

In der in 1 gezeigten Position der Kühlplatte 2 werden beide Heizkörper 12, 13 bestromt, bis die Gießform 3 im gewünschten Maße aufgeheizt ist. Typischerweise ist die Temperatur des oberen Heizelementes 12 etwas geringer, da die Verluste während des Herausfahrens der Gießform aus dem Formenheizer 1 im oberen Bereich des Formenheizers 1 geringer sind. Dann fährt man durch Höhenverfahren der Stange 5 mit der Kühlplatte 2 die Gießform 3 nach oben, bis sich ihr Gießtrichter 4 unmittelbar unterhalb des Durchlasses 10 befindet, was in 2 gezeigt ist. Bei diesem Hochfahren hebt die Wärmeisolationsplatte 7 vom Flansch 6 ab und wird von der Kühlplatte 2 mit nach oben geführt. Da sich der Heizkörper 13 in der in 2 gezeigten Befüllungsposition gegenüber der durch den Wärmeschutzvorhang 8 geschützten Kühlplatte 2 und dem oberen Ende der Stange 5 befindet, regelt man die Heizleistung des Heizkörpers 13 während dieser hochgefahrenen Position der Gießform 3 typischerweise herunter oder schaltet sie ganz ab. Zur gleichen Zeit wird die Heizleistung/Temperatur des Heizkörpers 12 so eingestellt, dass sich das gewünschte Temperaturprofil entlang der Gießform 3 einstellt. Ist die Gießform 3 gefüllt, fährt man sie zurück in die Aufheizposition. Von hier aus wird der Prozess des gerichteten Erstarrens durch ein langsames Herausfahren aus dem Formenheizer 1 gestartet, so dass die Schmelze durch Regelung der Heizleistung/Temperatur des Heizkörpers 12 und eventuell zusätzlich des Heizkörpers 13 optimal erstarrt.In the in 1 shown position of the cooling plate 2 Both are radiators 12 . 13 energized until the mold 3 heated to the desired extent. Typically, the temperature of the upper heating element 12 slightly lower, as the losses during the withdrawal of the mold from the mold heater 1 in the upper area of the mold heater 1 are lower. Then you drive by height method of the pole 5 with the cooling plate 2 the mold 3 up, until her sprue 4 immediately below the passage 10 what is in 2 is shown. During this booting raises the heat insulation plate 7 from the flange 6 off and off the cooling plate 2 with led upwards. As is the radiator 13 in the in 2 shown filling position opposite to the heat protection curtain 8th protected cooling plate 2 and the top of the pole 5 is located, regulates the heating power of the radiator 13 during this raised position of the mold 3 typically shut down or shut them down completely. At the same time, the heating power / temperature of the radiator 12 adjusted so that the desired temperature profile along the mold 3 established. Is the mold 3 filled, you drive them back to the heating position. From here, the process of directional solidification is slowed out of the mold heater 1 started, allowing the melt by regulating the heating power / temperature of the radiator 12 and possibly in addition to the radiator 13 optimally frozen.

11: Formenheizerform heater
22: Kühlplattecooling plate
33: Gießformmold
44: Gießtrichtersprue
55: Stangepole
66: Flanschflange
77: WärmeisolationsplatteHeat insulation plate
88th: WärmeschutzvorhangHeat protection curtain
99: Deckelcover
1010: Durchlasspassage
1111: Heizungheater
1212: Heizkörperradiator
1313: Heizkörperradiator
1414: obere Wandupper wall
1515: Trennwandpartition wall
1616: Heizkammerheating chamber
1717: Heizkammerheating chamber

Claims

A method for producing a directionally solidified casting, wherein in a mold heater equipped with a heater, a mold provided with a sprue is placed on a height-adjustable cooling plate and wherein after filling with the metal, the mold slides through a passage in an upper wall of the mold heater down from the mold heater or the mold heater is moved up and in which the mold heater has a heater with stacked, separate heating elements that are different in different height ranges of the mold heater with respect to their heating power / temperature controlled, characterized in that, if necessary by retracting the Cooling plate in the mold heater, the mold is moved so far up in the mold heater for filling, that the sprue is located directly below the passage and that while the heating power / temperature of the independent Hei zungsbereiches adjusted after changing the position of the mold within the mold heater so that adjusts the desired temperature profile on the mold.

Casting device with a heating ( 11 ) having a mold heater ( 1 ), which in its upper wall ( 14 ) a passage ( 10 ) for filling a on a cooling plate ( 2 ) in the mold heater ( 1 ) standing arranged mold ( 3 ) and wherein the cooling plate ( 2 ) on a free end of a height-adjustable rod ( 5 ) and the heating ( 11 ) has different height ranges with respect to their heating power / temperature, characterized in that on the cooling plate ( 2 ) one the mold ( 3 ) enclosing heat meisolationsplatte ( 7 ), which on the outside via the cooling plate ( 2 protrudes and there from above on an inwardly directed flange ( 6 ) of the mold heater ( 1 ) rests and a relative movement between it and the mold ( 3 ) allows.

Casting device according to claim 2, characterized in that on the outside around the cooling plate ( 2 ) a downwardly directed, the height-adjustable rod ( 5 ) enclosing heat protection curtain ( 8th ) is arranged.

Casting device according to claim 2 or 3, characterized in that the heating ( 11 ) has the lowest possible thermal mass.

Casting device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the mold heater ( 1 ) by an outside horizontally in them to near the mold ( 3 ) projecting partition wall ( 15 ) according to the height of the radiators ( 12 . 13 ) in an upper heating chamber ( 16 ) and a lower heating chamber ( 17 ) is divided.