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Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung mit einer Kühlplatte,
mit einem während des Gießvorganges auf dieser aufstehenden Aufnahmebehälter, mit
rund um den Aufnahmebehälter angeordneten und in senkrechtem Abstand voneinander
liegenden Heizwicklungen und mit mehreren in dem Aufnahmebehälter angeordneten Gießformen.
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Eine Gießvorrichtung dieser Art ist zum Beispiel aus der französischen
Patentschrift 1480998 bekannt.
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Durch die Anordnung der Gießformen in einem Aufnahmebehälter, der
von unten durch die Kühlplatte gekühlt und von außen durch die Heizwicklungen aufgeheizt
wird, läßt sich das Wachstum der Kristalle beim Guß in einer bestimmten Weise steuern.
Zum Beispiel lassen sich Einkristall-Gießteile, wie Turbinenschaufeln, herstellen,
die eine gerichtet erstarrte Kristallstruktur aufweisen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, die Gießvorrichtung so auszubilden, daß in einem Arbeitsgang mehrere Gießteile
mit unterschiedlicher Zusammensetzung gegossen und zur Erstarrung gebracht werden
können. Eine solche Gießvorrichtung wird z. B. für Laboruntersuchungen verwandt
werden, bei denen man die Eigenschaften von Gießteilen untersuchen will, die unterschiedliche
Zusammensetzung aufweisen, aber unter gleichen Gieß- und Erstarrungsbedingungen
hergestellt worden sind. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß
der Aufnahmebehälter zur Aufnahme mehrerer voneinander unabhängiger Gießformen mehrere
diese mit enger Passung aufnehmende senkrechte Öffnungen aufweist.
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Der erfindungsgemäße Aufnahmebehälter kann demnach mehrere Gießformen
aufnehmen, die mit Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzung gefüllt werden
können. Da der Aufnahmebehälter bzw.
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dessen Öffnungen die verschiedenen Gießformen umschließen, haben sämtliche
Gießformen die gleiche wärmeleitende Verbindung mit dem kühlenden Boden und dem
aufheizenden Mantel der Gießvorrichtung, so daß die Gießbedingungen identisch sind.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform sieht die Erfindung vor, daß
jede Gießform einen das Gießteil formenden Abschnitt und einen Kristall-Wachstumsabschnitt
zwischen diesem Abschnitt und ihrem Boden aufweist.
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Durch diese Unterteilung jeder Gießform in mindestens zwei Abschnitte
wird das Kristallwachstum günstig beeinflußt, da die Formgebung und das Kristallwachstum
getrennt voneinander erfolgen kann.
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Schließlich sieht die Erfindung noch vor, daß jede Gießform oberhalb
des das Gießteil formenden Abschnittes einen Füllraum aufweist.
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Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird
die Erfindung nun weiter erläutert.
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Dabei ist F i g. 1 ein Längsschnitt durch eine in einer Vakuumkammer
angeordnete Gießvorrichtung, Fig.2 eine Aufsicht auf den Aufnahmebehälter, Fig.3
ein Schnitt durch den Aufnahmebehälter entlang der Linie 3-3 in F i g. 2, Fig. 4
in größerem Maßstab ein Schnitt durch eine in einer Öffnung angeordnete Gießform,
F i g. 5 eine Teilansicht einer Gießform zum Gießen von Einkristall-Gegenständen
und F i g. 6 in größerem Maßstab ein F i g. 4 ähnlicher Schnitt durch eine abgeänderte
Ausführungsform.
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Die Vakuumkammer 2 weist ein Unterteil4 und einen Deckel 6 auf. Unterteil
4 und Deckel 6 werden durch Flansche 8 und 10 zusammengehalten. Ein Auge 12 erleichtert
das Abnehmen und Aufsetzen des Deckels 6.
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Im Unterteil 4 ist eine Kühlplatte 14 angeordnet.
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Sie ist in senkrechter Richtung verschiebbar. Hierzu dient ein Zylinder
16 und ein in diesem verschiebbarer Kolben 18, mit dessen Kolbenstange 20 die Kühlplatte
14 verbunden ist. Ein Ventil 22 regelt die Zuführung von Druckmittel in den Zylinder
16.
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Durch Schläuche 24 wird Kühlflüssigkeit in die Kühlplatte 14 eingeleitet.
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Oberhalb der Kühlplatte ist ein Stützring 26 am Unterteil 4 befestigt.
Der Aufnahmebehälter 28 steht auf dem Stützring 26. Der Aufnahmebehälter 28 nimmt
die Gießformen 40 auf. Die Kühlplatte 14 kann durch den Stützring 26 hindurchgeschoben
werden. In der Vakuumkammer 2 ist eine Heizeinrichtung angeordnet, wie z. B. das
Widerstandsheizelement 32.
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Mehrere axial auseinanderliegende primäre Induktionswicklungen 34
a, 34 b und 34 c umschließen den Aufnahmebehälter 28 und erhitzen diesen. Die Wicklungen
34 a, 34 b, 34 c werden von Stützen 36 getragen. Die einzelnen Wicklungen 34 a,
34 b, 34 c werden getrennt von Schaltern 27 gesteuert, so daß sie während der Erstarrung
der Legierung von der unteren zur oberen Wicklung nacheinander ausgeschaltet werden
können.
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Der Aufnahmebehälter 28 ist ein Zylinder von einer solchen Größe,
daß er in die Induktionswicklungen 34 a, 34 b, 34 c paßt und auf dem Ring 26 aufruht.
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Er weist mehrere axial ausgerichtete durchgehende Öffnungen 38 auf,
die in geringem Abstand voneinander liegen, so daß zwischen ihnen nur dünne Wände
verbleiben. Der Aufnahmebehälter 28 besteht vorzugsweise aus Graphit und wirkt als
Sekundärwicklung für die primären Induktionswicklungen 34 a, 34 b, 34 c. Jede Öffnung
nimmt eine Gießform 40 auf, deren unteres Ende ungefähr in einer Ebene mit dem Boden
des Aufnahmebehälters 28 liegt. Von den Wänden der Öffnungen 38 vorstehende Elemente
42 begrenzen die Abwärtsbewegung der Gießform 40.
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Die Öffnungen 38 sind vorzugsweise zylindrisch und weisen eine solche
Größe auf, daß die in ihnen angeordneten Gießformen 40 genau in sie passen.
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Bei Verwendung einer verhältnismäßig flachen Gießform 40 kann es wünschenswert
erscheinen, die Öffnung genauer der Gestalt der Gießform 40 anzupassen. Die axiale
Abmessung des Aufnahmebehälters 28 ist so gewählt, daß sie im wesentlichen gleich
jener der zu verwendenden Gießformen 40 ist.
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Jede Gießform 40 ist eine sogenannte Mantelform.
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Sie weisen einen das Gießteil formenden Abschnitt 44 auf, welcher
der Gestalt des fertigen Gießteiles entspricht. Bei der dargestellten Ausführungsform
ist dieses eine Turbinenschaufel, die einen Ring 46, einen Schaufel abschnitt 48
und einen Fußteil 50 aufweist.
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Unterhalb des Abschnittes 44 ist in der Form ein Wachstums abschnitt
52 vorgesehen, der eine Erweiterung über den Fußteil 50 hinaus bildet. Der Boden
54 verschließt die Form nach unten.
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Oberhalb des Abschnittes 44 weist die Form 40 einen vorzugsweise
zylindrischen Füllraum 56 zur Aufnahme eines Angusses der zu gießenden Legierung
auf. Die Länge der vollständigen Form ist vorzugsweise im wesentlichen gleich der
Länge einer Öffnung 38. Das Volumen des Füllraumes 56 ist grö-
ßer
als das Volumen des übrigen Teils der Gießform 40, so daß der Anguß in geschmolzenem
Zustand den übrigen Teil der Form ausfüllen wird.
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Die vorstehend beschriebene Ausführungsform ist für gerichtet erstarrte
Gießteile geeignet. Eine ähnliche Form mit einem abgeänderten unteren Ende dient
für Einkristall-Gußstücke. Wie F i g. 5 zeigt, weist zu diesem Zweck das Fußteil
50 a eine andere Art Wachstumszone 58 auf, die zickzackförmig verläuft. Es wurde
gefunden, daß diese an ihrem oberen Ende einen einzigen Kristall erzeugt, welcher
sein Wachstum als solcher durch das ganze Gußstück fortsetzt.
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Wenn die Kühlplatte 14 in Berührung mit dem Boden der Gießform 40
bewegt wird, beginnt das Kornwachstum am unteren Ende des Hohlraumes und wird im
zickzackförmigen Teil zu einem einzigen Kristall, dessen Wachstum auf einer im wesentlichen
waagerechten Berührungsfläche zwischen fester und flüssiger Phase nach oben fortschreitet,
bis die Legierung vollständig erstarrt ist.
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Eine abgeänderte Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt. Die Gießform
enthält einen das Gießteil formenden Abschnitt 46 a und oberhalb desselben eine
Eingußöffnung 60, durch welche die Metallschmelze eingegossen wird. Bei dieser Ausführungsform
sind mehrere Gießformen durch eine sternförmige Eingußöffnung miteinander verbunden,
um sie gleichzeitig zu füllen. Diese Anordnung ist beispielsweise verwendbar, wenn
alle gegossenen Gegenstände aus der gleichen Legierung bestehen.
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Im Betrieb wird der Aufnahmebehälter mit den in ihm angeordneten
Gießformen in den Ofen eingebracht und in diesem erhitzt, wobei die Kühlplatte im
Abstand von den Gießformen liegt, bis die ganze Gießform eine Temperatur oberhalb
des Schmelzpunkts der Legierung aufweist. Die Gießform wird dann gefüllt, indem
entweder die geschmolzene Legierung in die Gießform oder -formen eingegossen wird
(Fig. 6) oder indem die Legierung am oberen Ende des Hohlraumes schmilzt und in
den Teil der Gießform nach unten fließt, in dem das Gußstück geformt wird. Wenn
sich der Aufnahmebehälter und die Gießformen oberhalb der Schmelztemperatur der
Legierung befinden, wird die Legierung in geschmolzenem Zustand gehalten, bis die
Erstarrung beginnt.
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Zu diesem Zweck wird die Kühlplatte mit dem Boden des Aufnahmebehälters
und dem Boden der Formen in Berührung gebracht, und ungefähr zur gleichen Zeit wird
die unterste Heizwicklung ausgeschaltet. Die Kühlplatte kühlt den Boden der Gießformen,
so daß die nach oben gerichtete Erstarrung innerhalb der Gießformen beginnt. Gleichzeitig
bewegt sich die Berührungsfläche zwischen der erstarr-
ten Legierung und der noch
flüssigen Legierung oberhalb derselben mit einer solchen Geschwindigkeit nach oben,
daß die Berührungsfläche während des ganzen Erstarrungsvorganges im wesentlichen
waagerecht bleibt.
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Wenn sich die Berührungsfläche aufwärts bewegt, werden von unten
aufeinanderfolgende Heizwicklungen ausgeschaltet, damit der Aufnahmebehälter und
die Gießformen auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt werden, so daß die Erstarrung
innerhalb der Gießformen beendet werden kann. Mit einem Aufnahmebehälter der dargestellten
und beschriebenen Art ist es möglich, im ganzen Aufnahmebehälter und in den in diesem
angeordneten Gießformen während deren Erhitzung eine im wesentlichen gleichmäßige
Temperatur zu erzielen und die Geschwindigkeit der aufwärts gerichteten Abkühlung
der Gießformen und des Aufnahmebehälters während der Erstarrung der Legierung wirksam
zu regeln. Die Geschwindigkeit der Abkühlung und demgemäß die Geschwindigkeit der
Erstarrung der Legierung wird leicht geregelt durch die Wärmeabsorptionswirkung
der Kühlplatte und die Geschwindigkeit, mit welcher die aufeinanderfolgenden Heizwicklungen
während der Abkühlung ausgeschaltet werden. Die Geschwindigkeit der Abkühlung kann
unter gewissen Bedingungen durch Herausziehen des Aufnahmebehälters aus den Induktionswicklungen
statt durch aufeinanderfolgendes Ausschalten der Wicklungen geregelt werden.
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Patentansprüche: 1. Gießvorrichtung mit einer Kühlplatte, mit einem
während des Gießvorganges auf dieser aufstehenden Aufnahmebehälter, mit rund um
den Aufnahmebehälter angeordneten und in senkrechtem Abstand voneinander liegenden
Heizwicklungen und mit mehreren in dem Aufnahmebehälter angeordneten Gießformen,
d a d u r c h g e k e na z e ich ne t, daß der Aufnahmebehälter (28) zur Aufnahme
mehrerer voneinander unabhängiger Gießformen (40) mehrere diese mit enger Passung
aufnehmende senkrechte Öffnungen (38) aufweist.
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2. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede
Gießform (40) einen das Gießteil formenden Abschnitt (44) und einen Kristall-Wachstumsabschnitt
(52) zwischen diesem Abschnitt (44) und ihrem Boden (54) aufweist.