DE1182396B - Mit Schutzgasfuellung zu betreibende oder unter Vakuum zu haltende Einrichtung zur Herstellung von Gussstuecken aus schwer schmelzbaren Metallen, insbesondere aus Titan oder Zirkonium oder deren Legierungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: B 22 b

Deutsche Kl.: 31 a-2/40

Nummer: - 1182 396

Aktenzeichen: N 7144 VI a/31 a

Anmeldetag: 4. Mai 1953

Auslegetag: 26. November 1964

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Herstellung von Gußstücken aus schwer schmelzbaren- Metallen, insbesondere aus Titan oder Zirkonium oder deren Legierungen.

Wegen ihres hohen Schmelzpunktes, ihrer Korrosionsbeständigkeit und ihres verhältnismäßig niedrigen spezifischen Gewichtes bei großer Festigkeit sind das Titan und das Zirkonium vorteilhaft für die Herstellung von Maschinenteilen und Konstruktionselementen der verschiedensten Art geeignet. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Titans zur Herstellung von Schaufeln für Turbinen oder Strahltriebwerken, während das Zirkonium zur Herstellung von Basisplatten für Zahnprothesen und für Einsätze in Schädeldecken u. dgl. besondere Vorteile bietet. Bisher war es nicht möglich, diese Metalle und ihre Legierungen mit enger Toleranz zu Gußteilen komplizierter Querschnitte zu vergießen, da sie insbesondere bei erhöhten Temperaturen gegenüber dem Sauerstoff und Stickstoff der Luft in hohem Grade reaktionsfreudig sind. Außerdem greifen bei den hohen Gießtemperaturen sowohl das Titan als auch das Zirkonium in der Regel die für die Gießtiegel verwendeten feuerfesten Materialien an, was zur einer Verunreinigung der Metalle und zu einer Verschlechterung ihrer Eigenschaften führt. Aus diesem Grunde ist es bisher nur möglich gewesen, mittels der bekannten Verfahren lediglich Stangen verhältnismäßig hoher Reinheit herzustellen, die durch Schmieden, Walzen, Gesenkschmieden u. dgl. zu Teilen einfachen Querschnittes verformt werden können, ohne daß eine wesentliche Oxydation des Metalls eintritt. Dabei ist es nicht möglich, komplizierte Querschnittsformen zu erzielen, so daß man darauf verzichten mußte, Teile mit komplizierter Gestaltung aus diesen Metallen herzustellen. Die Herstellung von Metallteilen hoher Reinheit mit einem komplizierten Profil stellt somit ein ungelöstes Problem dar, zumal bei spröden Legierungen sogar das Schmieden, Walzen u. dgl. nicht möglich ist, so daß auch einfache Querschnitte nicht hergestellt werden können.

Es ist schon bekannt, Metalle in einem luftverdünnten Raum elektrisch zu schmelzen und in die Formen zu gießen. Hierbei ist der Schmelzofen und die Gießform in einem Behälter angeordnet, aus dem beim Schmelzen und Gießen die Luft zum Teil abgesaugt wird, um den erforderlichen luftverdünnten Raum zu erhalten. Diese bekannte Einrichtung besitzt eine von außen bedienbare Vorrichtung zum Abstechen des in dem Schmelzofen befindlichen flüssigen Metalls. Beim Auswechseln der Gießformen Mit Schutzgasfüllung zu betreibende oder
unter Vakuum zu haltende Einrichtung zur
Herstellung von Gußstücken aus schwer
schmelzbaren Metallen, insbesondere aus
Titan oder Zirkonium oder deren Legierungen

Anmelder:

Titanium Metals Corporation of America,

New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Seiler und Dipl.-Ing. J. Pfenning,

Patentanwälte, Berlin 19, Oldenburgallee 10

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. William Erik Kuhn,
Niagara Falls, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 3. Mai 1952 (285 869)

muß der Behälter geöffnet werden, so daß während des Auswechselns das in dem Behälter befindliche Vakuum nicht aufrechterhalten werden kann. Eine solche Anlage ermöglicht kein fortlaufendes Gießen. Weiter ist eine Vorrichtung zum Gießen von Metallen im Vakuum bekanntgeworden, die aus einer kippbaren Schmelzkammer und einer mit ihr gelenkartig verbundenen Kammer zur Aufnahme einer Gießform besteht. Schmelzkammer und Gießform sind hierbei trennbar voneinander angeordnet, und der Anschluß der Gießkammer an die Schmelzkammer findet kurz vor dem Gießen statt, worauf das jeweils erforderliche Vakuum in Schmelzkammer und Gießkammer hergestellt werden muß. Bei dieser Ausführungsform muß nach jedem Füllen einer Gießform die Verbindung zwischen Gießkammer und Schmelzkammer gelöst werden, um aus der Gießkammer die gefüllte Form entnehmen und eine andere ungefüllte Form einsetzen zu können. Es ist also auch bei dieser Einrichtung erforderlich, bei jeder einzelnen Gießform das Vakuum aufzuheben und erneut wieder herzustellen. Damit besitzt auch diese bekannte Einrichtung die vorerwähnten Nachteile.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht die Herstellung von Gußteilen beliebiger Querschnittsform aus Titan, Zirkonium oder ihren Legierungen,

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ohne daß irgendwelche Verunreinigungen auftreten, im Rahmen einer fortlaufenden Fertigung. Dies wird dadurch erreicht, daß innerhalb einer mit Schutzgasfüllung zu betreibenden oder unter Vakuum zu haltenden Einrichtung in einem schwenkbar angeordneten, luftdicht abschließbaren und mit Leitungen für die Zuführung eines inerten Gases bzw. Schutzgases ausgestatteten Ofen erfindungsgemäß in dem Ofen ein starr befestigter, den Ofen in eine obere Schmelzkammer und in eine darunter befindliche Gießkammer unterteilender Zwischenkörper angeordnet ist, daß die Oberfläche des Zwischenkörpers sowohl eine den Schmelzherd bildende trogartige Vertiefung als auch unmittelbar neben dem Schmelz-

Die Zeichnungen stellen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung dar, und zwar

F i g. 1 eine Aufsicht auf einen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Ofen, Fi g. 2 einen Schnitt gemäß Linie 2-2 der Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt gemäß Linie 3-3 der F i g. 2,

F i g. 4 eine Teildarstellung einer abgewandelten Gießform für die erfindungsgemäße Einrichtung,

F i g. 5 eine teilweise Schnittdarstellung mit einer anderen Ausführungsform der das Verstopfen der Gießöffnung verhindernden Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 besteht der dargestellte Ofen aus einem mittleren Schmelz- und Gießteil 11 und zwei in einer Flucht liegenden Tunneln 12 und 13, die von

herd eine oder mehrere, die Verbindung zur Gieß- 15 entgegengesetzten Seiten des Bodens des Mittelteiles

kammer bildende, bei gekipptem Ofen von dem Schmelzherd mit Schmelzgut gespeiste Ausgußöffnungen aufweist, daß die Gießkammer zum laufenden Zuführen leerer und zum laufenden Abführen gefüllter Gießformen einen mit gasdichten Schleusen ausgestatteten Transportkanal besitzt, und daß die Gießkammer mit einer die zu füllenden Gießformen luftdicht an die Ausgangsöffnungen anpressenden Vorrichtung, beispielsweise in Form eines hydrau-11 ausgehen. Der Tunnel 12 dient als Eingangstunnel, durch den die für den Guß vorbereiteten Gußformen 15 nacheinander in den Mittelteil 11 des Ofens eingeführt werden, während der Tunnel 13 zur Herausnahme der gefüllten Gießformen aus dem Ofen dient.

Der Mittelteil 11 des Ofens, dessen Konstruktion am besten aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich ist, besitzt eine Grundplatte 16, auf der ein Gehäuse 17

lisch betätigten Hubstempels versehen ist. Diese er- 25 befestigt ist.
flndungsgemäße Einrichtung ermöglicht eine fortlau- Das Gehäuse 17 wird durch die Zwischenwände

fende Füllung von Gießformen, ohne daß eine Auf- 18, 19 gebildet, zwischen denen ein Kühlmittel umhebung oder Unterbrechung des in der Schmelz- und laufen kann; das Kühlmittel wird durch die Anschlüsse in der Gießkammer erforderlichen Vakuums notwen- 20 (F i g. 1) zu- bzw. abgeleitet. In dem Gehäuse 17 dig ist, so daß mittels der erfindungsgemäßen Ein- 30 ist ein zwischen der Grundplatte 16 und der oberen

richtung eine fortlaufende Herstellung von Gußteilen im Rahmen einer industriellen Fertigung möglich ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind in dem als Herd dienenden Zwischenkörper Kanäle zur Zirkulation eines Kühlmittels angeordnet.

Um eine Zuführung und Abführung der Gießformen unter Aufrechterhaltung des erforderlichen Vakuums zu ermöglichen, sind erfindungsgemäß an der Gießkammer Mittel vorgesehen, die unter Luftabschluß die Entnahme einer gefüllten Gießform und die gleichzeitige Zuführung einer leeren Gießform gestatten. Außerdem sind erfindungsgemäß Mittel vorgesehen, die einen dicht schließenden Kontakt zwischen den Gießformen und den Mündungen der die Schmelzkammer mit der Gießkammer verbindenden Durchflußöffnungen gewährleisten.

In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens sind an dem Ofen von außen zu bedienende Mittel vorgesehen zur Entfernung des die Gießöffnungen zwischen Schmelzkammer und Gießkammer eventuell blockierenden Metalls. Hierzu kann eine in der Schmelzkammer angeordnete Hilfselektrode dienen, die zur Bildung eines Lichtbogens zum Schmelzen des die Durchflußöffnungen blockierenden Metalls in die Nähe der Durchflußöffnungen geführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht eine kontinuierliche Durchführung des Gießverfahrens, indem nacheinander Gießformen in die Gießkammer eingeführt, mit geschmolzenem Metall angefüllt und danach aus der Gießkammer entfernt werden, wobei eine gefüllte Gießform sofort nach ihrer Entfernung durch eine leere Gießform ersetzt wird. Auf diese Weise ist es möglich, unter Beibehaltung der Inertoder Schutzgasfüllung oder des erforderlichen Vakuums in der Schmelzkammer und in der Gießkammer die einzelnen Gießformen ohne Störung zu- und abzuführen.

Gehäusedecke befestigter Kupferblock 22 vorgesehen, dessen eines Ende als Herd zum Schmelzen des schwer flüssigen Metalls dient. Der Block 22 ist derart ausgebildet, daß er mit der inneren Wandung 19 des Gehäuses 17 einen dichten Kontakt bildet und das Innere des Ofens in die obere Schmelzkammer 26 und in die untere Gießkammer 27 teilt. Der Kupferblock 22 ist mit Kanälen 29 für den Umlauf eines Kühlmittels versehen.

Der Oberteil des Blockes 22 bildet einen schalenförmigen Raum mit geneigten Seitenwänden. Im Bereich des vorderen Blockendes ist parallel zu den Tunneln 12 und 13 eine durchgehende Rinne 23 ausgebildet, die mit zwei getrennten Gießöffnungen 24 versehen ist; die Gießöffnungen 24 stellen die Verbindung zwischen der Schmelzkammer 26 und der Gießkammer 27 her. Die Gießöffnungen 24 erweitern sich zweckmäßigerweise nach ihrem Ende zu und sind, wie in F i g. 2 und 3 gezeigt ist, konisch ausgebildet. Das schwer schmelzbare Metall wird hinter der Rinne 23 in dem schalenförmigen Teil des Kupferblockes 22 mit Hilfe eines Lichtbogens geschmolzen. Da das wassergekühlte Kupfer von dem geschmolzenen Titan oder Zirkonium nicht benetzt wird, wird die Aufnahme von Verunreinigungen aus einem Schmelztiegel vermieden.

Der Ofen als ganzes ist durch Anwendung in der Zeichnung nicht dargestellter Mittel kippbar aufgehängt, indem er um eine zu der Achse der Tunnel 12 und 13 parallele Achse drehbar ist. In F i g. 3 ist der Ofen in Gießstellung gezeigt; normalerweise nimmt der Ofen zwischen den einzelnen Güssen eine Stellung ein, die um 30° in Rechtsdrehung gegenüber der Fig. 3 gedreht ist; in dieser Stellung bildet sich in der strichpunktierten Linie ein Teich 32 von schmelzendem oder geschmolzenem Metall in dem hinteren Bereich des schalenförmigen Blockes 22.

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Oberhalb des hinteren, als Herd dienenden Teiles außen erstrecken. Jeder der beiden Schieber 58 und des Kupferblockes 22 ist der Deckel des Gehäuses 59 schließt, wenn er in den Schlitz 53 eingeschoben 27 mit einer Mehrzahl von Durchbrechungen 36 ver- ist, wie in F i g. 1 gezeigt ist, den Tunneldurchgang sehen, durch welche die Elektroden nach unten wirksam ab; er gibt jedoch den Durchgang frei, wenn ragen. Vorzugsweise werden drei Elektroden, die in 5 er in das Gehäuse 56 zurückgezogen ist. Die Handden Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet haben 61 und 62 bewegen die Schieber 58 und 59 in sind, benutzt; ihnen wird Gleichstrom direkt von die jeweils gewünschte Stellung. Der Tunnel 13 ist einer Stromquelle zugeführt. Es können jedoch auch in gleicher Weise mit einem If aar von Schlitzen 55 andere Stromarten, beispielsweise ein Dreiphasen- und Gehäusen 56 ausgestattet und besitzt ähnliche Wechselstrom, verwendet werden. Die Zahl der io Schieber 67, 68, die in den Schlitzen und Gehäusen Elektroden, ihre Anordnung und ihre gegenseitigen verschiebbar angeordnet sind. Die Schieber 67 und Abstände können in Abhängigkeit von der Ofen- 68 können ebenso wie die Schieber 58 und 59 mittels größe, von der Art des elektrischen Stromes u. dgl. ihrer Handhaben 69 und 70 geöffnet oder geschlosverändert werden. Jede Elektrode besteht aus einem sen werden, um den Tunneldurchgang 13 offenzuhohlen Schaftteil 37, aus einem hohlen Rohr 38, das 15 halten oder zu schließen. Die Schieber in den Tunvorzugsweise konzentrisch in dem Schaft 37 ange- nel 12 und 13 bilden luftdichte Abschlüsse und verordnet ist, und durch welches flüssiges Kühlmittel hindern daher den Zutritt einer unerwünschten in den Schaft 37 eingeführt werden kann, und aus Atmosphäre zum Inneren des Ofens, wenn die Gießeiner schwer schmelzbaren Spitze 39, die auswechsel- formen 15 in die Gießkammer 27 eingeführt oder bar angeordnet ist. Der Schaft 37 besteht Vorzugs- 20 aus ihr entfernt werden.

weise aus Kupfer, während die Spitze 39 aus Wolfram Zwischen den Schiebern 58 und 59 des Tunnels

oder aus einem anderen schwer schmelzbaren Me- 12 ist an der vorderen Tunnelwand 52 ein nach aus-

tall besteht. Die Verunreinigung der Schmelze kann wärts gerichteter hohlzyEndrischer Ansatz 73 ange-

bei feststehenden anderen Bedingungen verringert ordnet. Wie aus F ig. 1 hervorgeht, ist in diesem An-

werden durch die Verwendung einer Elektrode aus 25 satz 73 und in der Wand 52 ein zylindrisches Glied

dem gleichen Metall wie das zu schmelzende. Die 74 drehbar befestigt. Ein zu dem Boden 51 des Tun-

Elektroden sind einzeln in senkrechter Richtung ein- nels 12 parallel laufender Schlitz ist in dem hohl-

stellbar; jede von ihnen ist mit einem Haltering 41 zylindrischen Ansatz 73 angeordnet, während in dem

ausgestattet, der den Schaft 37 der Elektrode glei- drehbaren zylindrischen Teil 74 eine mit dem Schlitz

tend umfaßt und mit einem die Durchbohrung 36 30 korrespondierende senkrechte Bohrung 77 angeord-

umgebenden Nippel 42 befestigt ist. net ist. Eine Schubstange 78 für die Gießformen ist

Ein Zuführungsrohr oder eine Rutsche 44 zur Ein- mit einem vorderen abgerundeten Ende 79 und mit

führung frischen Metalls in den Ofen ist am hinteren einem äußeren Griffende versehen und greift durch

Ende des Gehäuses angeordnet. Unten besitzt das den Schlitz in den hohlzylindrischen Teil .73 und in

Rohr 44 eine öffnung 45, die durch die Gehäuse- 35 die Bohrung 77 ein.

wandungen hindurch in die Schmelzkammer 26 ober- Die Schubstange 78 ist in dem Schlitz und in der halb des Herdteiles des Blockes 22 führt. In dem Bohrung 77 in Längsrichtung verschieblich und kann oberen Boden des Gehäuses 17 ist ein aufwärts ge- durch kreisförmige Bewegung in dem Schlitz das richteter rohrförmiger Ansatz oder Nippel 46 vor- Glied 74 drehen. Wenn man der Schubstange 78 eine gesehen, der in einer Flucht mit der Rinne 23 liegt 4° Längsverschiebung und eine kreisförmige Schwenk- und vorzugsweise mit dem Gehäuse 17 aus einem bewegung erteilt, kann das innere Ende der Schub-Teil besteht. Am äußeren Ende des rohrförmigen stange, wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, jede Gießform Ansatzes 46 ist ein Sichtglas 47 vorgesehen, durch 15 erfassen, wenn diese in den Zwischenraum zwiwelches die Öffnungen 24 sichtbar sind, so daß der sehen den Schiebern 58 und 59 bewegt ist; wenn Gießvorgang beobachtet und kontrolliert werden 45 dann der Schieber 58 geschlossen und der Schieber kann. 59 geöffnet ist, kann durch entsprechende Schwen-

Die Gießkammer 27, die in dem Gehäuse 17 un- kung der Schubstange die Gußform 15 entlang dem terhalb des Kupferblockes 22 liegt, ist an der einen Boden des Tunnels 12 zur Gießkammer 27 hin verSeite offen zu dem Tunnel 12 und an der anderen schoben werden. In den Zeichnungen ist die von dem Seite offen zu dem Tunnel 13. Die Tunnel besitzen 50 Schieberpaar 58, 59 und 67, 68 jeweils gebildete einen rechteckigen Querschnitt und können mit dem Schleuse nur so groß, daß sie eine einzige Gießform Gehäuse 17 aus einem Stück bestehen; es kann 15 aufnehmen kann; die Schleusen können jedoch auch zweckmäßig sein, die Tunnel als getrennte auch größer gehalten sein, so daß sie zwei oder mehr Teile auszubilden und sie mit dem Gehäuse zu ver- Gießformen in einer Schleuse zu gleicher Zeit aufbinden. Jeder Tunnel besitzt einen Boden 51, eine 55 nehmen können.

vordere Seitenwand 52, eine rückwärtige Seitenwand Im Bereich der vorderen Hälfte der Grundplatte 53 und eine Decke 54. In jedem Tunnel sind zwei im 16 ist ein nach unten sich erstreckendes Gehäuse 84 Abstand voneinander liegende senkrechte Schlitze 55 vorgesehen. In dem Gehäuse 84 ist ein Paar Kolben angeordnet, die sich mit ihren Rändern in den Boden 86 vorgesehen, von denen jeder gleitend in dem Ge-51, die Decke 54 und die vordere Seitenwand 52 er- 60 häuse befestigt und an seinem oberen^ Ende mit strecken. An der Rückseite der hinteren Seitenwand einem abgeschrägten Zentrierring 87 ausgestattet ist. 53 ist an jedem Schlitz 55 ein diesen einschließendes An seinem unteren Ende ist jeder Kolben 86 mit Gehäuse 56 angeordnet. einem Halsstück 89 auf einer in senkrechter Rich-Die Schieber 58 und 59 sind gleitend in den bei- tung in dem Gehäuse 84 beweglichen Förderplatte den Schlitzen 55 des Tunnels 12 und in den züge- 65 91 abgestützt, die ihrerseits mit dem oberen Ende hörigen Gehäusen 56 angeordnet und mit den Hand- eines Hubstempels 92 befestigt ist. Der Hubstempel haben 61 und 62 versehen, die sich von den äußeren ist über eine Stopfbuchse 93 in dem unteren Ende Enden der Gehäuse 56 durch Drehungen nach des Gehäuses 84 geführt und mit einem hydraü-

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lisch en Hubwerk 94 verbunden, das an dem Ge- Stück bestehen können; sie liegen in einer Flucht mit häuse 84 mittels Konsole 96 aufgehängt und mit den Seitenwänden der Tunnel 12 und 13. Zuführungen 98 für die Druckflüssigkeit ausgestat- Die Arbeitsweise der oben beschriebenen erfintet ist. dungsgemäßen Vorrichtung bei Herstellung einer Außen an dem Gehäuse 17 sind die Nippel 100 5 Mehrzahl von Präzisionsgüssen aus schwer schmelz- und 101 angeordnet. Der Nippel 100 besitzt eine barem Metall geht wie folgt vor sich. Zunächst wird Bohrung 102, die in die Schmelzkammer 26 führt, die Luft aus dem Inneren des Ofens und den Gießwährend die Bohrung 103 des Nippels 101 mit der formen der Kammer 27 entfernt. Vorzugsweise wird Gießkammer 27 in Verbindung steht. Über die An- dies durchgeführt, indem zunächst der Ofen durch schlußleitungen 105 und 106 wird ein Kühlmittel zur io Anschluß einer Vakuumpumpe an den Nippel 101 Speisung der im Inneren des Kupferblockes 22 an- evakuiert wird, wobei die Eintrittsbohrung 102 gegeordneten Kanäle 29 zugeführt bzw. abgeleitet; die schlossen ist, um die Luft durch die Austrittsboh-Zuführungen 105 und 106 durchdringen die Boden- rung 103 abzusaugen. Dann wird ein Strom eines platte 16 und sind mittels der Stopfbuchse 107 ge- inerten Gases, beispielsweise Argon oder Helium, genüber der Gießkammer 27 abgedichtet. 15 durch den Ofen gegeben in Richtung von dem Ein-Die Gießformen 15 besitzen im wesentlichen den trittsnippel 102 zu dem Auslaßnippel 101; dieser gleichen Außendurchmesser und die gleiche Höhe. Strom wird aufrechterhalten. Gleichzeitig oder da-Die in F i g. 3 im Schnitt gezeigte Gießform 15 ist nach wird der Ofen um 30° nach rückwärts, d. h. eine ausgefütterte Gießform und besteht aus einer von der in F i g. 3 gezeigten Stellung nach rechts, Hülse mit zylindrischer Seitenwand 111, die durch 20 gekippt. Das schwer schmelzbare Metall oder die Leden konischen Teil 112 mit dem Boden 113 und mit gierung wird beispielsweise als stückiger Schwamm, einem Deckelteil 116 verbunden ist, der einen Zen- als Späne, kompaktes oder loses Pulver, durch das trierring 117 besitzt, der im Inneren der Hülse ein- Zuführungsrohr 44 dem Herdteil des Blockes 22 zugepaßt ist; wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, besitzt die geführt. Darauf wird elektrischer Strom auf die Elek-Gießform an ihrem oberen Ende eine konische 25 troden gegeben und ein Lichtbogen gebildet, in desAußenfläche 118 mit einer Mittelbohrung 119. Die sen Hitze das Metall oder die Legierung schmilzt. Hülse und die Bohrung 119 des Deckelteiles 116 sind Währenddessen fließt durch den Block 22 und durch mit Formmaterial 121 ausgekleidet. In der Ausklei- den Zwischenraum zwischen den Wänden 18 und 19 dung ist eine Eingußöffnung und eine der Gußform des Gehäuses 17 Kühlflüssigkeit; die Gießformen 15 entsprechende Ausnehmung angeordnet, wie sie in 30 sind in dem Tunnel 12 und in der Gießkammer 27 Fig. 3 in Form einer Flügelschaufel 122 gezeigt ist. unter jeder Gießöffnung 24 eingeführt, die Schieber Ein Teil des Formmaterials 121 ragt über die Kappe der Tunnel 12 und 13 werden geschlossen. 116 hinaus; ihr Umfang ist kegelförmig ausgebildet Wenn das Metall geschmolzen ist, wozu nur we- und entspricht der Abschrägung der Außenfläche nige Minuten erforderlich sind, hebt das hydrau-118 der Kappe. Der Boden 113 der Gießform 15 be- 35 lische Hubwerk 94 die Gießformen 15 in der Kamsitzt eine Ringnut 123, in die der abgeschrägte vor- mer 27 in die in F i g. 3 gezeigte Stellung, wo die stehende Teil 87 (Fig. 2) des einen Kolbens 86 ein- oberen konischen Flächen der Gießformen in dichgreifen kann, um die Gießform von der Grundplatte tem Schluß an den nach außen sich erweiternden 16 abzuheben und aufwärts zu führen, bis die Wänden der Öffnungen 24 anliegen; die Gießformen konische Außenfläche 118 der Kappe 116 und das 40 werden in dieser Stellung gehalten, während der Ofen vorragende Formmaterial 121 genau in die konische nach links geschwenkt wird in eine annähernd senk-Wandung der einen Gießöffnung 24 des Kupfer- rechte Stellung. Das geschmolzene Metall rinnt dann blockes 22 eingreift. Öffnungen 125 erstrecken sich aus dem Herdteil des Blockes 22 in die Gießrinne 23 von dem Hohlraum der Gießform aus durch das und durch die Gießöffnungen 24 in die Hohlräume Formmaterial 121 und die Hülse der Gießform. 45 der Gießformen 15. Das Füllen der Formen kann Im allgemeinen wird ein Formmaterial benutzt, durch das Schauglas 47 beobachtet werden. Wenn wie es bei der Herstellung von Gießtiegeln zum die Gießformen gefüllt sind, wird der Ofen zurück-Schmelzen schwer flüssiger Metalle, wie Titan oder gekippt, vorzugsweise bevor sich Metall über den Zirkonium, verwendet wird. Es ist zweckmäßig, daß Gießformen in den Gießöffnungen 23 ansammelt, das benutzte Formmaterial eine verhältnismäßig 50 Durch das Zuführungsrohr 44 wird frisches Metall hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, da dadurch das Er- zugeführt zur Auffüllung des geschmolzenen Metallstarren des Metalls begünstigt wird. Hierbei besteht bades; während das frische Metall geschmolzen wird, nur eine geringe Reaktionsmöglichkeit in der Gieß- werden die gefüllten Gießformen 15 auf die Grundform, und die Ausschalung des gegossenen Metalls platte 16 abgesenkt und aus der Kammer 27 durch ist in kurzer Zeit möglich. 55 andere nicht gefüllte Gießformen ersetzt.

Ein Paar längsbeweglicher Stangen 127, die von Die zuletzt beschriebene Operation wird am besten der Nähe der Ausgußöffnungen 24 ausgehen und aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich. Wie vorher gesagt, sich durch den Kupferblock 22 und die Wände des besitzen alle Gießformen 15 praktisch den gleichen Gehäuses 17 erstrecken, dienen dazu, von dem Ein- Außendurchmesser und die gleiche Höhe und füllen gang der Öffnungen 24 alles Metall zu entfernen, das 60 damit in den Tunneln 12 und 13 und in der Kammer dort nach Füllung einer Gießform erstarrt ist. Jede 27 die gleichen Zwischenräume aus. Die Tunnelweite der Stangen 127 ist mit einer Handhabe 128 ver- und die lichte Weite zwischen den Führungswänden sehen; zu ihrer Führung im Gehäuse 17 ist für jede 133 der Kammer 27 entsprechen annähernd dem Stange 127 ein nach außen vorspringender, ringför- Außendurchmesser der Gießformen, so daß diese miger Ansatz 129 vorgesehen, der eine Dichtung 131 65 stets in Linie gehalten werden. Wenn die Kammer besitzt. Außerdem sind in der Gießkammer 27 Füh- 27 und die Tunnel 12 und 13, wie in F i g. 2 ge~ rungswände 133 vorgesehen, die sich von der Grund- zeigt, mit Gießformen gefüllt sind, werden die Forplatte 16 nach oben erstrecken und mit ihr aus einem men der Kammer 27 durch ungefüllte Formen er-

setzt, indem Gießformen in den Tunnel 12 eingeschleust und aus dem Tunnel 13 ausgeschleust werden.

Bei dieser Operation wird zunächst der Schieber 68 geöffnet und die Gießform 15 durch geeignete Werkzeuge aus der Austrittsschleuse entfernt. Der Schieber 68 wird dann geschlossen, die Schieber 67 und 59 werden geöffnet, und die Gießformschubstange 78 wird betätigt, um die in der Schleuse zwischen den Schiebern 58 und 59 befindliche Gießform 15 hinter den Schieber nach innen in den Tunnel 12 zu transportieren. Der Weg der Handhabe 21 der Schubstange 78 wird durch die in Fig. 1 gezeigten Teile gekennzeichnet. Indem die Schubstange 78 nach innen gestoßen und kreisbogenförmig geschwenkt wird, übt sie einen Druck auf die Seite der Gießform aus, die infolgedessen gezwungen wird, auf dem Boden 51 des Tunnels entlang zur Kammer 27 hin zu gleiten, bis sie mit der benachbarten Gießform 15 des Tunnels 12 in Berührung kommt. Hierbei bewegt sich unter dem Einfluß der Schubstange 78 die Reihe der Gießformen nach rechts (F i g. 2) und schiebt eine andere Gießform in die Schleuse zwischen den Austrittsschiebern 67 und 68. Darauf wird der Schieber 59 geschlossen; danach erfolgt die Schließung des Schiebers 67 und die Öffnung der Schieber 58 und 68. Dann wird eine neue Gießform in die Schleuse zwischen den Schiebern 58 und 59 des Tunnels 12 gestellt, und die zwischen den Schiebern 67 und 68 des Tunnels 3 stehende Gießform wird entfernt. Die Schieber 58 und 68 werden dann geschlossen, und der Vorgang des Verschiebens der Reihe der Gießformen durch entsprechende Bewegung der Schubstange 78 wiederholt sich. Hierdurch werden zwei neue Gießformen in die Kammer 27 unter die Gießöffnungen 24 gebracht. Das hydraulische Hubwerk 94 wird dann wieder betätigt und hebt die Gießformen in die Gießstellung; der Ofen wird wieder gekippt, um die Gießformen mit Metall zu füllen. Der eingangs geschilderte Vorgang wird so oft wiederholt, bis die erforderliche Zahl von Abgüssen fertiggestellt ist. Es ist klar, daß der Luftzutritt zu dem Inneren des Ofens durch die Tunnel 12 und 13 verhindert werden muß. Daher ist die Schleuse eines jeden Tunnels mit einem Anschluß 135 ausgestattet, durch den die Luft aus der Schleuse und aus den Gießformen evakuiert wird, nachdem der äußere Schleusenschieber geschlossen ist und bevor der innere Schieber geöffnet wird. Vorzugsweise wird durch die Anschlüsse 135 ein inertes Gas unter Überdruck in die Schleuse eingeleitet, um den Eintritt von Nebenluft durch die äußeren Schieber zu verhindern.

Der dichte Schluß zwischen den Oberseiten der Gießformen und dem Kupferblock 22 während des Gusses schließt praktisch die Möglichkeit aus, daß Metall in die Kammer 27 eindringen und die Fortbewegung der Gießformen stören kann. Wenn das Metall dazu neigt, sich in der Rinne 23 oberhalb der Öffnungen 24 zu sammeln und zu erstarren, können die Stangen 127 nach innen gestoßen werden, nachdem der Ofen in seine normale Lage zurückgekfppt ist, um das angesammelte Metall abzulösen und in den Teich 32 aus geschmolzenem Metall zurückzuführen, wodurch eine Blockierung der Gießöffnungen 24 verhindert wird.

Eine abgewandelte Ausführungsform zur Verhinderung der Blockierung der Gießöffnungen zeigt die Fig. 5. Hier ist über jeder Gießöffnung 24 eine Hilfselektrode 126 angeordnet. Erforderlichenfalls kann die Elektrode 136 in die gestrichelte Stellung gesenkt werden; ein an der Elektrode erzeugter Lichtbogen schmilzt das über den Gießformen in der Rinne 23 angesammelte erstarrte Metall und veranlaßt es, entweder in die Gießform zu fließen oder in den Teich aus geschmolzenem Metall zurückzufließen, wenn der Ofen während der Schmelzung des überschüssigen Metalls durch die Hilfselektrode 136 sich in rückwärts gekippter Lage befindet.

Die F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der einzelne^ wiederverwendbare Formsteine benützt werden. ,Die" Gießform 198 besteht aus einer Hülse 139, die praktisch der Hülse der Gießform 15 entspricht; sie schließt eingepaßte Formsteine 140 mit dem Abguß 141 ein. Über den Formsteinen und nach außen über die Hülse 139 vorspringend ist ein verlorener Kopf 142 angeordnet, dessen Durchlaß 143 mit seinem unteren Ende in den Hohlraum der Gießform mündet und an seinem oberen Ende zweckmäßigerweise trichterförmig erweitert ist. Wie aus F i g. 4 hervorgeht, ist die Gießöffnung des Kupferblockes 22 hier insoweit abgewandelt, als sie zwischen der Rinne 23 und dem unteren konischen Teil 148 einen zylindrischen Hals 147 besitzt. Der verlorene Kopf 142 besitzt einen Querschnitt, der sich dicht in die Gießöffnung einpaßt und mit seinem oberen Ende praktisch mit dem Boden der Rinne 23 abschließt. Selbstverständlich können die in Fig. 4 gezeigten Gießformen für die Verwendung bei Gießöffnungen, wie sie in F i g. 2, 3 und 5 gezeigt sind, ausgebildet werden. Die Arbeitsweise des Ofens mit Gießformen nach Art der F i g. 4 ist die gleiche, wie oben beschrieben. Die Formsteine 140 und die verlorenen Köpfe 142 können aus beliebigem Material bestehen. Es können sowohl Graphit als auch Kupfer mit gutem Erfolg verwendet werden; wegen ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit kühlt das schwer schmelzbare Metall so schnell ab, daß es nicht verunreinigt wird, und die Gußstücke können nach kurzer Zeit aus den Gießformen entnommen werden, so daß die letzteren für eine schnelle Wiederverwendung zugänglich sind.

Der Aufbau des Ofens ist derart, daß Präzisionsgüsse aus schwer schmelzbaren Metallen und ihren Legierungen in komplizierten Querschnittsformen leicht hergestellt werden können. Zum Teil ist dies zurückzuführen auf die Tatsache, daß bei Verwendung einer Atmosphäre aus inertem Gas, beispielsweise aus Argon, oder Helium, zwischen der Schmelzkammer 26 und der Gießkammer 27 eine Druckdifferenz erhalten wird, weiÄ die Gießformen sich in der Gießstellung unterhalb der Gießöffnungen 24 befinden. Die Verbindung zwischen den Kammern ist dann auf diejenige'beschränkt, die gebildet wird durch die Hohlräume der Gießformen und die öffnungen 125 in den Gießformen. Wenn geschmolzenes Metall in die Rinne-23; aber die-Gießöffnungen fließt, wird der Zutritt von inertem Gas zwischen den Kammern 26 und 27 vollkommen unterbrochen, und der Druck in der Kammer 26 steigt an und zwingt dabei das Metall, in die Höhlung der Gießform zu fließen. Es ist festzustellen, daß ein solcher durch Druckdifferenz bewirkter Guß keine Hilfseinrichtungen oder zusätzliche Arbeitsstufen erfordert, sondern automatisch zufolge des Ofenaufbaues bewirkt wird. Es ist ferner festzustellen, daß keine hilfsweise flüssige Druckquelle zur Unterstützung des Druckes vor"-

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gesehen zu werden braucht, da das als Schutzatmosphäre während des Schmelzens und Gießens dienende inerte Gas den gesamten erforderlichen Druck erzeugt. Die Benutzung eines elektrischen Lichtbogens zur Schmelzung der schwer flüssigen Metalle trägt ebenfalls zur Erzielung einer Gußgenauigkeit bei, da das Metall beim Guß eine weit oberhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur besitzt und daher leicht flüssig ist.

Es wurde eine große Anzahl von Abgüssen aus Titan, Zirkonium und den Legierungen der beiden Metalle mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt. Die Gußstücke waren fest und besaßen bei Preßguß eine sehr große Genauigkeit der Abmessungen.. Die Härte einer Zahl dieser Gußstücke wurde mit der Härte des Metalls oder der Legierung vor dem Schmelzen und Gießen verglichen. Der Vergleich zeigte derart geringe Veränderungen in der Härte, daß offensichtlich die Reinheit des Metalls in den Gußstücken praktisch unverändert war. Die Freiheit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gußstücke von Verunreinigungen gestattet die genaue Bestimmung der Eigenschaften einer Zahl von Titan- und Zirkoniumlegierungen, da Prüfmuster mit unveränderten Eigenschaften leicht hergestellt werden können.

Die Vorrichtung ermöglicht weiterhin die Darstellung von Gußstücken mit dünnem Querschnitt aus Legierungen, beispielsweise aus 30% Ti, 40% Al, 30% Sn, und aus 60«/o Zr, 10% Al, 30%Sn. Diese Legierungen sind so spröde, daß derartige Gegenstände auf andere Weise nicht hergestellt werden können.

Es können zahlreiche Änderungen und Abwandlungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in den Zeichnungen beschrieben ist, vorgenommen werden, ohne daß diese Änderungen und Abwandlungen aus dem Schutzumfang der Erfindung herausfallen. So können beispielsweise die Kammern 26 und 27 an Stelle der Beschickung mit einem inerten Gas während des Betriebes auch evakuiert werden. +0 Wie vorher gesagt, können erforderlichenfalls größere Schleusen in den Tunneln vorgesehen werden. Außerdem können die die Schleusen bildenden Schieber derart ineinandergreifen, daß stets die inneren Schieber geschlossen gehalten werden, während die äußeren Schieber geöffnet sind und die äußeren Schieber geschlossen gehalten werden, während die inneren Schieber geöffnet sind. Weiterhin kann die Arbeit mit dem Ofen automatisch ablaufen, indem die Verschiebeeinrichtungen für die Gießformen, der Mechanismus für das Kippen des Ofens und die Vorrichtung zum Anheben der Gießformen miteinander gekuppelt werden.

stellen von Gußstücken schwer schmelzbarer Metalle, insbesondere Titan oder Zirkonium oder deren Legierungen, mittels eines schwenkbar angeordneten, elektrisch beheizten Ofens, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ofen (17) ein starr befestigter, den Ofen in eine obere Schmelzkammer (26) und in eine darunter befindliche Gießkammer (27) unterteilender Zwischenkörper (22) angeordnet ist, daß die Oberfläche des Zwischenkörpers (22) sowohl eine den Schmelzherd bildende trogartige Vertiefung als auch unmittelbar neben dem Schmelzherd eine oder mehrere, die Verbindung zur Gießkammer (27) bildende, bei gekipptem Ofen (17) von dem Schmelzherd mit Schmelzgut gespeiste Ausgußöffnungen (24) aufweist, daß die Gießkammer (27) zum laufenden Zuführen leerer und zum laufenden Abführen gefüllter Gießformen (15) einen mit gasdichten Schleusen (58, 59, 67, 68) ausgestatteten Transportkanal (12, 13) besitzt, und daß die Gießkammer (27) mit einer die zu füllenden Gießformen (15) luftdicht an die Ausgußöffnungen (24) anpressenden Vorrichtung, z. B. in Form eines hydraulisch betätigten Hubstempels (92), versehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem als Herd dienenden Zwischenkörper (22) von einem Kühlmittel durchströmte Kühlkanäle (29) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entnehmen einer gefüllten Gießform unter Luftabschluß und zum gleichzeitigen Zuführen einer leeren Gießform Vorschubvorrichtungen (73, 74, 77, 78) an der Gießkammer (27) vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießformen (15) mit Mitteln (111, 116, 117, 118, 123, 133) zum gasdichten Anpressen an die Ausgußöffnungen (24) versehen sind.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entfernen des die Gießöffnungen (24) zwischen Schmelzkammer ~ (26) und Gießkammer (27) blockierenden Metalls an dem Ofen (17) eine von außen bedienbare Stochvorrichtung (127, 128) oder eine Hilfselektrode (136) angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Schmelzkammer (26) angeordnete Hilfselektrode (136) bis in die Nähe der Gießöffnungen (24) absenkbar ist.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Mit Schutzgasfüllung zu betreibende oder unter Vakuum zu haltende Einrichtung zum Herin Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 52 650, 390 869,

793, 669 741,736 603;
britische Patentschrift Nr. 440 859;
D'Ans und Lax, Taschenbuch für Chemiker und

Physiker, 1949, S. 1000 bis 1002.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

4M 729/172 11. β* © Bundesdruckerei Berlin