DE19607805C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen und Gießen von Metallen in Formen - Google Patents

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.