DE19607805C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen und Gießen von Metallen in Formen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen und Gießen von Metallen in FormenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen und Gießen von
Metallen in Gießformen, wobei das Schmelzen in einem beheizten
Schmelztiegel erfolgt, auf den in der Schmelzposition eine Gießform mit
einer nach unten gerichteten Eingußöffnung aufgesetzt ist und wobei
Schmelztiegel und Gießform nach dem Aufschmelzen des Metalls
gemeinsam um eine waagrechte Drehachse in eine Kipplage gebracht
werden, in der die Schmelze aus dem Schmelztiegel in die Gießform
abfließt.
Eine Vorrichtung für die Durchführung eines solchen Verfahrens ist unter der
Bezeichnung "roll-over-furnace" bekannt. Die bekannte Vorrichtung arbeitet
an Atmosphäre, wobei auf einen Schmelztiegel aus keramischen
Werkstoffen, der von einer Induktionsspule umgeben ist, eine Gießform
aufgesetzt wird, die gleichfalls aus keramischen Werkstoffen besteht. In der
Schmelzposition befindet sich der Schmelztiegel unten, und die Gießform ist
mit ihrer nach unten gerichteten Eingußöffnung auf den Schmelztiegel
aufgesetzt. Nach dem Aufschmelzen der Charge wird die gesamte
Anordnung wie eine Sanduhr um eine Schwerpunktsachse in eine Über-
Kopf-Lage gebracht, so daß der Abguß in die Gießform erfolgen kann. Die
bekannte Vorrichtung hat sich für Werkstoffe, die bei den
Schmelztemperaturen nicht oder nur geringfügig mit dem Luftsauerstoff
reagieren, durchaus als brauchbar erwiesen; für Werkstoffe, die bei ihren
Schmelztemperaturen mit dem Luftsauerstoff reagieren, sind die bekannte
Vorrichtung und das in ihr ausgeübte Verfahren nicht brauchbar.
Es ist weiterhin bereits bekannt, in einer stationären oder kippbaren
Vakuumkammer einen Kipptiegel anzuordnen und aus diesem die Schmelze
in Gießformen abzugießen, die sukzessive in die gleiche Vakuumkammer
oder in eine angeschlossene Vakuumkammer eingeschleust und aus dieser
wieder ausgeschleust werden. Die bekannte Vorrichtung ist außerordentlich
voluminös und hat sich sowohl hinsichtlich der Investitionskosten als auch
der Betriebskosten als nicht tragbar erwiesen.
Es wurden auch schon Versuche durchgeführt, das eingangs beschriebene
Verfahren in einer stationären Vakuumkammer durchzuführen, die wegen
des großen Schwenkbereichs der aus Schmelztiegel und Gießform
bestehenden Anordnung jedoch ein sehr großes Volumen aufweisen mußte,
wodurch sich bei chargenweisem Betrieb unerträglich lange Zykluszeiten
ergeben, schon allein aus dem Grunde, weil das Evakuieren einer derart
großen Vakuumkammer eine beträchtliche Zeit in Anspruch nimmt.
Durch den Aufsatz von Kreutzer "Induktiv beheizter Vakuum-Druckguß -
Eine zukunftssichere Gußtechnik", veröffentlicht in "dental-labor", XXXIV,
Heft 12 (1986), Seiten 1927 bis 1929 ist es bekannt, eine Metallschmelze
unter Vakuum zu entgasen, durch Kippen eines Schmelztiegels um 80 Grad
in eine Gießform zu entleeren und den Guß durch Überdruck zu verdichten.
Verfahren und Vorrichtung sind für Dentalguß, also sehr kleine Teile,
vorgesehen, und über die Anordnung der Induktionsspule und eine spezielle
Verbindung von Schmelztiegel und Gießform werden keine Angaben
gemacht.
Durch die DE 15 58 159 A1 ist es bekannt, das Aufschmelzen und einen
fallenden Guß in einem evakuierten Rohr durchzuführen, das im Bereich
eines Schmelztiegels und eines losen Stapels von Gießformen außen von
Induktionsspulen umgeben ist. Die Vorrichtung ist zum Kippen weder
vorgesehen noch geeignet, da der Schmelztiegel durch eine Bodenöffnung
in die Gießformen entleert wird.
Durch die DE 12 62 521 C ist es bekannt, in vertikaler, stationärer
Anordnung zwischen einer Chargierschleuse und einem Formenraum mit
einem Karussell für mehrere Gießformen unter Zwischenschaltung von
weiteren Vakuumschleusen ein Schmelzteil anzuordnen. Innerhalb des
Schmelzteils, also im Vakuum, sind eine Induktionsspule und ein
Schmelztiegel angeordnet. Investitions-, Betriebs- und Wartungskosten
sowie das Bauvolumen und das Gewicht sind beträchtlich, und die
Evakuierungszeiten entsprechend lang. Für ein Abgießen durch einen
Kippvorgang ist die Vorrichtung weder vorgesehen noch geeignet: Der
Abguß erfolgt durch ein Ankoppeln der Gießformen an eine Bodenöffnung
im Schmelztiegel. Auch der hierfür benötigte Hubantrieb ist aufwendig.
Durch die DE 25 00 521 A1 sind ein gattungsgemäßes Verfahren und eine
Vorrichtung bekannt, bei denen ein Schmelztiegel und eine Gießform mit
einem einzigen Formhohlraum in einer gemeinsamen Vakuumkammer
untergebracht und derart miteinander verbunden sind, daß die
Eingußöffnung der Gießform unter einem Winkel von 90 Grad zur
Tiegelachse verläuft. Die Vakuumkammer ist mittels eines hohlen
Wellenstumpfes in einer Befestigungsplatte gelagert, wobei der Drehwinkel
durch Anschläge auf 90 Grad begrenzt ist. Durch den Wellenstumpf ist eine
flexible Vakuumleitung hindurchgeführt, die einen geringen Querschnitt hat
und gleichfalls nur einen begrenzten Schwenkwinkel zuläßt. Die Beheizung
des Schmelztiegels erfolgt mittels Lichtbogen durch zwei Elektroden, deren
Achsen mit der Tiegelachse zusammenfallen. Dadurch ist es unmöglich,
Schmelztiegel und Eingußöffnung koaxial miteinander zu verbinden, so daß
der Schmelztiegel zum Abguß nicht in Über-Kopf-Lage gebracht werden
kann. Die Schmelzleistung einer derartigen Elektrodenanordnung ist relativ
gering. Durch Druckerhöhung ist es möglich, die Dichte des Gußteils zu
erhöhen, aber für einen Schleuderguß, der die Verdichtung noch verstärken
könnte, ist die bekannte Vorrichtung weder vorgesehen noch geeignet. Sie
ist auch nur für die Herstellung jeweils eines einzigen und kleinen Gußteils
vorgesehen, nämlich für ein Dentalteil.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Gattung dahingehend zu
verbessern, daß auch große Gußteile und/oder eine Vielzahl von Gußteilen
aus reaktiven Werkstoffen gleichzeitig unter Luftabschluß und ohne
Unterbrechung des Vakuums zeitsparend hergestellt werden können.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen
Verfahren erfindungsgemäß durch
- a) gemeinsames Evakuieren von Gießform und Schmelztiegel,
- b) nachfolgendes induktives Schmelzen in dem Schmelztiegel mittels außerhalb des Vakuums-befindlicher Induktionsspule, und
- c) Abgießen durch gemeinsames Kippen um mindestens 180 Grad von Schmelztiegel, Gießkammer und Gießform unter Aufrechterhaltung des Vakuums.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind die zu evakuierenden Räume
kleinstmöglich, so daß sich kurze Evakuierungs- und Zykluszeiten für den
Abguß einer Charge erzielen lassen. Eine Reaktion der Schmelze und/oder
der Gußteile mit dem Luftsauerstoff ist ausgeschlossen. Der Kippwinkel von
mindestens 180 Grad ermöglicht einen sauberen und restlosen Abguß der
Schmelze und eine porenfreie Füllung der Gießform.
Selbstverständlich ist es mit einem derartigen Verfahren auch möglich,
solche Metalle und Legierungen zu vergießen, die bei Schmelztemperatur
nicht oder nur in sehr geringem Maße mit dem Luftsauerstoff reagieren. Das
erfindungsgemäße Verfahren ist daher ein universell anwendbares
Verfahren für außerordentlich unterschiedliche Metalle und Legierungen.
Die Erfindung definiert eine ganz bestimmte Bau- und Betriebsweise, für die
folgende Alternativen gibt: Der unter Vakuum stehende Schmelztiegel kann
dabei aus kühlbaren Stäben bestehen, die untereinander Isolierabstände
aufweisen und von einem magnetischen Wechselfeld einer Induktionsspule
beaufschlagt werden. Ein solcher Schmelztiegel wird auch als
"Kaltwandtiegel" bezeichnet. Die Abdichtung zur Erzeugung des Vakuums
kann auf zweierlei Weise geschehen. Zum einen können die kühlbaren
Stäbe von einer Isolierstoffhülle umgeben sein, zum andern ist es möglich,
die Isolierabstände zwischen den kühlbaren Stäben gasdicht mit einem
Isolierstoff auszufüllen, so daß der Kaltwandtiegel in sich vakuumdicht
ausgebildet ist. Derartige Kaltwandtiegel sind - für sich genommen - bekannt
und in dem Aufsatz von A. Gubchenko/Novikov/Choudhury/Hugo "Vacuum-
Induction and Induction Plasma Furnaces with Cold Crucible", veröffentlicht
in "Proceedings Vacuum Metallurgy Conference, 1991, Pittsburgh, USA",
Seiten 15 bis 20, beschrieben.
Es ist aber alternativ möglich, einen aus keramischen Werkstoffen
bestehenden Heißwandtiegel in einem Isolierstoffrohr unterzubringen, das
beispielsweise aus Quarz oder aus einem faserverstärkten Kunststoff
besteht, der auf seiner Innenseite gekühlt wird. Ein derartiges Isolierrohr
erlaubt den Durchtritt der elektromagnetischen Wellen und kann
infolgedessen auf seiner Außenseite von der benötigten Induktionsspule
umgeben sein. Speziell die sogenannten "Quarzrohröfen" sind seit langem
Stand der Technik, wurden aber bisher für diesen Verwendungszweck nicht
eingesetzt.
Die erfindungsgemäße Kapselung von Schmelztiegel und Gießform
ermöglicht aber noch eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß man
Inertgas in der Abgußposition des Schmelztiegels in diesen einleitet und
dadurch eine Druckerhöhung über der Eingußöffnung der Gießform
herbeiführt. Durch die bestehende Druckdifferenz zwischen diesem
Gasdruck und dem auf der Außenseite der Gießform oder der Gießformen
herrschenden Vakuum wird die Schmelze nicht nur durch ihre Schwerkraft,
sondern auch durch die gegebene Druckdifferenz in die Hohlräume der
Gießform bzw. Gießformen hineingepreßt, so daß ein porenfreier Abguß mit
dichter und glatter Oberfläche entsteht.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es
auch möglich, die Anordnung aus Schmelztiegel, Induktionsspule,
Gießkammer und Gießform einer Schleudergußbewegung zu unterwerfen,
die bei relativ hoher Drehzahl durchgeführt wird, wobei diese Drehzahl
jedoch so hoch gewählt werden muß, daß die Fliehkraft in der Über-Kopf-
Lage der Gießform die Erdbeschleunigung deutlich übertrifft.
Es ist dabei weiterhin von Vorteil, wenn beim Aufschmelzen von
Einsatzmaterial geringer Dichte die Induktionsspule während des
Schmelzens in Richtung auf den Boden des Schmelztiegels verlagert wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Schmelzen und Gießen von
Metallen in Gießformen unter Vakuum mit einem beheizbaren, mit einem
offenen Ende versehenen Schmelztiegel, der mit einer Gießform verbunden
ist, die eine Eingußöffnung aufweist, wobei Schmelztiegel und Gießform
gemeinsam um eine waagrechte Drehachse in eine Kipplage verschwenkbar
sind, in der die Schmelze aus dem Schmelztiegel in die Gießform
überführbar ist.
Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist eine solche Vorrichtung
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Gießform innerhalb einer vakuumdichten Gießkammer angeordnet und mit ihrer nach unten gerichteten Eingußöffnung in der Schmelzposition des Schmelztiegels auf dessen offenes Ende aufgesetzt ist,
- b) das offene Ende des Schmelztiegels von einem Flanschrand umgeben ist, der mit der Gießkammer eine gasdichte Flanschverbindung bildet,
- c) der Schmelztiegel außerhalb des Vakuums von einer Induktionsspule umgeben ist, und daß
- d) Schmelztiegel, Induktionsspule, Gießkammer und Gießform gemeinsam mittels einer Hohlwelle um mindestens 180 Grad drehbar angeordnet sind.
Eine derartige Vorrichtung stellt den kleinstmöglichen "umbauten Raum" dar,
und führt infolgedessen zu niedrigen Investitions- und Betriebskosten. Auf
die weiteren damit verbundenen Vorteile wurde bereits weiter oben
hingewiesen.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn
- - die Gießform aus einem porösen Werkstoff besteht, und wenn oder
- - die Gießkammer durch eine Vakuum-Saugleitung mit der Hohlwelle verbunden ist, die die Drehachse umschließt und über eine Rotationskupplung an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist.
Von besonderem Vorteil ist hierbei das zuletzt genannte Merkmal und zwar
aus folgendem Grunde: Eine Vakuum-Saugleitung für metallurgische
Verfahren erfordert in der Regel einen erheblichen Querschnitt. Die
Ausbildung eines Teils der Vakuum-Saugleitung als Hohlwelle ermöglicht
eine sehr biegesteife und schwingungsarme Konstruktion bei relativ geringer
Wandstärke der Hohlwelle. Die Hohlwelle kann dabei auf eine sehr einfache
Weise mit der Vakuumpumpe bzw. mit einem Satz von Vakuumpumpen
verbunden werden.
Es ist dabei weiterhin von Vorteil, wenn die Hohlwelle aus zwei koaxialen
Hohlwellenabschnitten besteht, zwischen denen der Schmelztiegel
angeordnet ist und von denen der eine Hohlwellenabschnitt an die
Vakuumpumpe angeschlossen ist und der andere Hohlwellenabschnitt
Kühlmittelleitungen für mindestens ein Vorrichtungsteil aus der Gruppe
Schmelztiegel, Induktionsspule und Gießkammer enthält.
Durch diese Bauvorschrift ergibt sich eine Lösung, bei der zumindest die
meisten der erforderlichen Leitungen geschützt in den
Hohlwellenabschnitten untergebracht sind.
Es ist dabei weiterhin von Vorteil, wenn die Gießkammer einen Flanschrand
besitzt, der mit dem Flanschrand des Schmelztiegels eine erste gasdichte
Flanschverbindung bildet, und eine zweite Flanschverbindung für die
Bildung eines abnehmbaren Deckels der Gießkammer besitzt, und wenn die
Vakuum-Saugleitung zwischen der ersten und der zweiten
Flanschverbindung an die Gießkammer angeschlossen ist.
Diese Konstruktionsvorschrift besitzt den Vorteil, daß die Vakuumverbindung
zwischen der Hohlwelle und der Gießkammer beim Abnehmen des Deckels
nicht unterbrochen werden muß. Dadurch ist auch die Möglichkeit gegeben,
daß ein Teil der Vakuum-Saugleitung als Stützelement für die Gießkammer
verwendet werden kann, worauf weiter unten noch hingewiesen wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend
anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer vollständigen
Vorrichtung in stark schematisierter Bauweise,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Kaltwandtiegels nach
dem Stande der Technik, und
Fig. 3 einen teilweisen Axialschnitt durch eine Produktionsanlage
analog Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine Hohlwelle 1 dargestellt, die eine Drehachse A-A kon
zentrisch umgibt. Die Hohlwelle 1 wird durch einen Elektromotor 2 und ein
Getriebe 3 angetrieben, wobei der Motor 2 auch als Stellmotor fungiert, indem
er imstande ist, sowohl sehr genaue Positionen der Hohlwelle 1 einzustellen,
als auch, diese zur Ausführung eines Schleudergußprozesses in rasche
Rotation zu versetzen.
Das offene Ende der Hohlwelle 1 ist über eine an sich bekannte Drehver
bindung mit einem Vakuumpumpsatz 4 verbunden. Von der Hohlwelle 1, die
gleichfalls einen Teil der Vakuum-Saugleitung darstellt, führt eine weitere
Vakuum-Saugleitung 5 zu einer Gießkammer 6, die aus einem Hauptteil 7
und einem Deckel 8 besteht. Der Deckel 8 ist mit einer Kranöse 9 versehen,
mittels der der Deckel 8 zwecks Chargierung und Entnahme einer Gießform
10, die nur sehr schematisch angedeutet ist, abgehoben und wieder aufge
setzt werden kann. Die Vakuum-Saugleitung 5 verläuft radial zur Drehachse
A-A, und auf der gegenüberliegenden Seite der Gießkammer 6 ist diese über
ein gleichfalls radial verlaufendes Stützelement 11 mit der Hohlwelle 1 ver
bunden.
Die Hohlwelle 1 besitzt ein Mittelstück 12, auf dem ein Schmelztiegel 13 be
festigt ist, dessen Innenraum 14 durch eine der oben angegebenen Maß
nahmen gegenüber Vakuum abgedichtet ist. Der Schmelztiegel 13 ist von
einer Induktionsspule 15 umgeben, deren Zuleitungen 16 und 17 an dem
Stützelement 11 befestigt sind. Die Zuleitungen 16 und 17 sind lösbar mit
ortsfesten Kontakten 18 und 19 verbunden, so daß der Schmelztiegel 13 in
der dargestellten Schmelzposition beheizt werden kann.
Das Stützelement 11 ist gleichfalls mit der Hohlwelle 1 verbunden, die an
diesem Ende eine Rotationskupplung 20 für die Zu- und Abfuhr von Kühl
wasser besitzt, was durch die beiden entgegengesetzten Pfeile angedeutet
ist. Die entsprechenden Kühlmittelleitungen verlaufen im Innern der Hohlwelle
1.
Durch einen Doppelpfeil 21 ist angedeutet, daß sich die Induktionsspule 15 in
Richtung der Längsachse des Schmelztiegels 13, also in radialer Richtung,
verschieben läßt. Diese Verschiebung ist dann zweckmäßig, wenn der Innen
raum 14 mit grobstückigen Teilen geringer Füllungsdichte beschickt wird, bei
spielsweise mit Schrott. In diesem Fall wird mit dem Aufschmelzen am
oberen Tiegelende begonnen, und mit zunehmendem Schmelzprozeß wird
die Induktionsspule in Richtung des Tiegelbodens 22 abgesenkt, da sich dort
nach Beendigung des Aufschmelzvorgangs die gesamte Schmelze befindet.
Das offene Ende des Schmelztiegels 13 ist von einem Flanschrand 23 um
geben, auf den ein komplementärer Flanschrand 24 der Gießkammer 6
vakuumdicht aufsetzbar ist. Dadurch wird eine erste Flanschverbindung 25
geschaffen. Auf dem oberen Rand des Schmelztiegels 13 stützt sich weiter
hin eine Eingußöffnung 26 der Gießform 10 ab, die in der dargestellten
Schmelzposition nach unten gerichtet ist. Die Gießkammer 6 besitzt eine
zweite Flanschverbindung 27 zwischen dem Hauptteil 7 und dem Deckel 8.
Es ist zu erkennen, daß die Vakuum-Saugleitung 5 mittels eines Zwischen
stücks 5a zwischen den beiden Flanschverbindungen 25 und 27 an die Gieß
kammer 6 angeschlossen ist.
Fig. 2 zeigt zum besseren Verständnis einen sogenannten "Kaltwandtiegel",
wie er in der oben angegebenen Literaturstelle beschrieben ist. Ein solcher
Schmelztiegel 13 besteht aus hohlen, kühlbaren Stäben 28, die unter
Zwischenschaltung von Isolierabständen 29 nach Art von Palisaden im Kreis
aufgestellt sind. In den Isolierabständen 29 befindet sich ein ausgehärteter
Isolierstoff, so daß Vakuumdichtigkeit gegeben ist. Die Stäbe 28 besitzen
Hohlräume 30, die an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen sind. Der
Schmelztiegel 13 ist von der bereits beschriebenen Induktionsspule 15 um
geben, die in den Stäben 28 längsgerichtete Ströme erzeugt, die ihrerseits an
die Schmelze 31 ankoppeln. Dadurch wird auf die Schmelze 31 eine ab
stoßende Wirkung ausgeübt, so daß die Oberfläche der Schmelze die Form
eines auf dem Kopf stehenden Paraboloids annimmt. Der Flanschrand 23 ist
in diesem Falle weggelassen.
Der Kaltwandtiegel nach Fig. 2 eignet sich in besonderer Weise für das
Schmelzen und Vergießen von Metallen und Legierungen, die unter keinen
Umständen durch Keramikpartikel verunreinigt sein dürfen und die infolge
dessen nicht mit den keramischen Werkstoffen von Heißwandtiegeln in Be
rührung kommen dürfen. Beispielhaft ist hier an die Herstellung von Tur
binenschaufeln gedacht.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind gleiche Teile und Teile mit
gleichen Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Hohlwelle 1
besteht in diesem Falle aus zwei koaxialen Hohlwellenabschnitten 1a und 1b,
zwischen denen der Schmelztiegel 13 angeordnet ist. Die beiden Hohlwellen
abschnitte 1a und 1b sind durch einen Träger 32 miteinander verbunden, auf
dem der Schmelztiegel 13 befestigt ist, wobei dafür Sorge getragen wird, daß
der Tiegelboden 22 in oder oberhalb der Drehachse A-A liegt, damit beim
Schleudergießen keine Schmelze auf dem Tiegelboden zurückbleibt. Der
Träger 32 ist über Stützelemente 11 mit der Gießkammer 6 verbunden.
Mittels der beiden Hohlwellen 1a und 1b ist der Träger 32 in Drehlagern 33
und 34 gelagert, die auf Säulen 35 angeordnet sind, um die erforderliche
Bodenfreiheit für die Rotationsbewegung der Gießkammer 6 zu schaffen. Die
Über-Kopf-Lage bzw. der untere Totpunkt sind gestrichelt angedeutet. Das
Anpressen der Eingußöffnung 26 an den Schmelztiegel 13 erfolgt durch eine
Anpreßvorrichtung 45, die sowohl das Gewicht von Gießform 10 und
Schmelze als auch deren Zentrifugalkräfte beim Schleuderguß aufnimmt.
Der linke Hohlwellenabschnitt 1a ist über eine Rotationskupplung 36 und
einen Rohrstutzen 37 an eine hier nicht gezeigte Vakuumpumpe ange
schlossen. Der rechte Hohlwellenabschnitt 1b enthält Kühlmittelleitungen 38,
39, 40 und 41 für die Induktionsspule 15, den Schmelztiegel 30 und ge
gebenenfalls auch für die Gießkammer 6.
Der linke Hohlwellenabschnitt 1a dient gleichfalls wiederum als Vakuum-
Saugleitung, deren Teilabschnitt 5 in analoger Weise wie in Fig. 1 über eine
Verbindungsleitung 5a an die Gießkammer 6 angeschlossen ist. In diesem
Falle dient jedoch die Vakuum-Saugleitung 5 nicht als Stützelement für die
Gießkammer 6. Um eine mechanische Überbestimmung zu vermeiden, ist in
der Vakuum-Saugleitung 5 ein Kompensator 5b angeordnet.
Unterhalb des Tiegelbodens 22 befindet sich noch ein Gehäuse 42, das über
eine Leitung 43 mit einem Ventil 43a an die Vakuum-Saugleitung 5 ange
schlossen ist. In einen Zwischenraum mündet noch eine weitere Gasleitung
44, die gleichfalls durch den Hohlwellenabschnitt 1a hindurchgeführt und mit
einen Ventil 44a versehen ist. Durch die Leitungen 43 bzw. 44 ist es wahl
weise möglich, im Gehäuse 42 unterhalb des Tiegelbodens 22 bzw. im
Schmelztiegel 13 einen Überdruck oder Unterdruck aufzubauen, um bei
spielsweise dann, wenn sich die Anordnung in umgekehrter Lage befindet,
auf die Schmelze über der Eingußöffnung 26 einen statischen Druck ausüben
zu können.
Mit den Vorrichtungen nach den Fig. 1 und 3 wird folgendes Betriebsver
fahren ausgeübt: Zum Zwecke eines Chargierens befindet sich die Vorrich
tung in den ausgezogen dargestellten Positionen. Der Deckel 8 wird entweder
von Hand oder durch eine Hubvorrichtung abgehoben, und der Schmelztiegel
13 wird von oben beschickt. Im Anschluß daran wird die Gießform 10, die aus
zahlreichen einzelnen Formen bestehen kann (siehe Fig. 3) mit der Ein
gußöffnung 26 nach unten auf den Schmelztiegel 13 bzw. auf ein nicht näher
dargestelltes Widerlager aufgesetzt, und der Deckel 8 wird aufgelegt und die
Flanschverbindung 27 abgedichtet.
Im Anschluß daran wird die gesamte Vorrichtung evakuiert, und sobald ein
vorgegebener Druck erreicht ist, wird die Stromversorgung zur Induktionsspule
15 eingeschaltet. Die Evakuierung des Schmelztiegels 13 erfolgt durch
die porösen Wände der Gießform 10. Der Schmelzvorgang kann nach einem
vorgegebenen Temperaturprofil erfolgen, das empirisch festgelegt wird. So
bald die vorgegebene Schmelzentemperatur erreicht ist, wird die Stromzufuhr
unterbrochen, die Zuleitungen 16 und 17 von den Kontakten 18 und 19 ge
trennt (in Fig. 3 nicht dargestellt), und die gesamte Anordnung wird in die in
Fig. 3 gestrichelt dargestellte Über-Kopf-Lage gebracht, wodurch die
Schmelze in die Gießform 10 bzw. in die Gießformen abfließt. Wie bereits
weiter oben angegeben wurde, kann dieser Vorgang sehr wirksam durch den
Aufbau eines Gasdrucks über dem Schmelzenspiegel unterstützt werden.
Nach Einhalten einer ausreichenden Abkühldauer wird die Vorrichtung wieder
in die in den Fig. 1 und 3 gezeigten Positionen geschwenkt, und nach
dem Abheben des Deckels 8 kann die Gießform 10 entnommen werden, und
die Vorrichtung kann neu chargiert werden.
Claims (17)
1. Verfahren zum Schmelzen und Gießen von Metallen in Gießformen,
wobei das Schmelzen in einem beheizten Schmelztiegel (13)
erfolgt, auf den in der Schmelzposition eine Gießform (10) mit einer
nach unten gerichteten Eingußöffnung (26) aufgesetzt ist und wobei
Schmelztiegel (13) und Gießform (10) nach dem Aufschmelzen des
Metalls gemeinsam um eine waagrechte Drehachse (A-A) in eine
Kipplage gebracht werden, in der die Schmelze aus dem
Schmelztiegel (13) in die Gießform (10) abfließt,
gekennzeichnet durch
- a) gemeinsames Evakuieren von Gießform (10) und Schmelztiegel (13),
- b) nachfolgendes induktives Schmelzen in dem Schmelztiegel (13) mittels außerhalb des Vakuums befindlicher Induktionsspule (15), und
- c) Abgießen durch gemeinsames Kippen um mindestens 180 Grad von Schmelztiegel (13), Gießkammer (6) und Gießform (10) unter Aufrechterhaltung des Vakuums.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schmelztiegel (13) durch die Wandung der Gießform (10) hindurch
evakuiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich Inertgas in den Schmelztiegel (13) in dessen
Abgußposition eingeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gießen durch Schleudergießen erfolgt, wobei die gesamte Anordnung
aus Schmelztiegel (13), Induktionsspule (15), Gießkammer (6) und
Gießform (10) einer Schleudergußbewegung unterworfen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Einsatzmaterial geringer Dichte durch Verlagerung der
Induktionsspule (15) in Richtung auf den Boden (22) des
Schmelztiegels (13) aufgeschmolzen wird.
6. Vorrichtung zum Schmelzen und Gießen von Metallen in Gießformen
(10) unter Vakuum mit einem beheizbaren, mit einem offenen Ende
versehenen Schmelztiegel (13), der mit einer Gießform (10)
verbunden ist, die eine Eingußöffnung (26) aufweist, wobei
Schmelztiegel (13) und Gießform (10) gemeinsam um eine
waagrechte Drehachse (A-A) in eine Kipplage verschwenkbar sind, in
der die Schmelze aus dem Schmelztiegel (13) in die Gießform (10)
überführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Gießform (10) innerhalb einer vakuumdichten Gießkammer (6) angeordnet und mit ihrer nach unten gerichteten Eingußöffnung (26) in der Schmelzposition des Schmelztiegels (13) auf dessen offenes Ende aufgesetzt ist,
- b) das offene Ende des Schmelztiegels von einem Flanschrand (23) umgeben ist, der mit der Gießkammer (6) eine gasdichte Flanschverbindung (26) bildet,
- c) der Schmelztiegel (13) außerhalb des Vakuums von einer Induktionsspule (15) umgeben ist, und daß
- d) Schmelztiegel (13), Induktionsspule (15), Gießkammer (6) und Gießform (10) gemeinsam mittels einer Hohlwelle (1) um mindestens 180 Grad drehbar angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gießform (10) aus einem porösen Werkstoff besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gießkammer (6) durch eine Vakuum-Saugleitung (5) mit der
Hohlwelle (1) verbunden ist, die die Drehachse (A-A) umschließt und
über eine Rotationskupplung (36) an eine Vakuumpumpe (4)
angeschlossen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hohlwelle (1) aus zwei koaxialen Hohlwellenabschnitten (1a, 1b)
besteht, zwischen denen der Schmelztiegel (13) angeordnet ist und
von denen der eine Hohlwellenabschnitt (1a) über die
Rotationskupplung (36) an die Vakuumpumpe (4) angeschlossen ist
und der andere Hohlwellenabschnitt (1b) Kühlmittelleitungen (38, 39,
40) für mindestens ein Vorrichtungsteil aus der Gruppe Schmelztiegel
(13), Induktionsspule (15) und Gießkammer (6) enthält.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über
einen der Hohlwellenabschnitte (1a, 1b) eine Gasleitung (44) geführt
ist, die mit dem Schmelztiegel (13) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden Hohlwellenabschnitte (1a, 1b) durch einen Träger (32)
miteinander verbunden sind, auf dem der Schmelztiegel (13) befestigt
ist und der Stützelemente (11) für die Halterung der Gießkammer (6)
aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gießkammer (6) einen Flanschrand (24) besitzt, der mit dem
Flanschrand (23) des Schmelztiegels (13) eine erste gasdichte
Flanschverbindung (25) bildet, und eine zweite Flanschverbindung
(27) für die Bildung eines abnehmbaren Deckels (8) der Gießkammer
(6) besitzt, und daß die Vakuum-Saugleitung (5) zwischen der ersten
(25) und der zweiten Flanschverbindung (27) an die Gießkammer (6)
angeschlossen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hohlwelle (1) ein Antriebsaggregat (2, 3) für die Erzeugung einer
Schleuderbewegung von Schmelztiegel (13), Gießform (10) und
Gießkammer (6) zugeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Induktionsspule (15) in Längsrichtung des Schmelztiegels (13)
lageveränderbar angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Induktionsspule (15) von ihren Anschlußkontakten (18, 19)
abkoppelbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schmelztiegel (13) ein aus kühlbaren Stäben (28) mit
Isolierabständen (29) bestehender, in sich abgedichteter
Kaltwandtiegel ist, der unmittelbar von der Induktionsspule (15)
umgeben ist und den Flanschrand (23) trägt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schmelztiegel (13) ein aus keramischen Werkstoffen bestehender
Heißwandtiegel ist, der von einer vakuumdichten Wand aus einem für
elektromagnetische Wellen durchlässigen Werkstoff besteht, wobei
die vakuumdichte Wand den Flanschrand trägt.
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