DE2300666A1

DE2300666A1 - Schmelz- und giessvorrichtung

Info

Publication number: DE2300666A1
Application number: DE19732300666
Authority: DE
Inventors: Alfons Schultheiss
Original assignee: INRESA ALFONS SCHULTHEISS KG
Current assignee: INRESA ALFONS SCHULTHEISS KG
Priority date: 1973-01-08
Filing date: 1973-01-08
Publication date: 1974-07-11
Also published as: FR2213123A1; IT1003299B; DE2300666B2; ES421714A1; BE809345A; GB1427220A; FR2213123B1

Description

Patentanwalt Dipl.-Ing. A. Pantenburg, 7550 Pforzheim

Fa.· INEESA

AIfons Schultheiß KG, 7541 Salmbach

"Schmelz- und Gießvorrichtung"

Die vorliegende Erfindung "betrifft das Gebiet der Schmelz- und Gießeinrichtungen zur Herstellung von Edelmetall-Feinguß.

Ein bekanntes Problem beim Feingießen von Metallen bildet die den Gießprozeß umgebende Atmosphäre. Während des Gießens eingeschlossene Gaspolster erschweren das Einlaufen der Schmelze an abgelegenen Stellen insbesondere verästelter Formen ebenso wie die hohe Oberflächenspannung der Schmelze, während der in der umgebenden Atmosphäre enthaltene Sauerstoff Oxydationsprodukte mit dem erhitzten Metall bzw. bestimmten Legierungsbestandteilen zu bilden trachtet.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist es bekannt, die Gießform oder Küvette zu evakuieren und in den Schmelztiegel ein Edelgas wie etwa Argon einzuleiten. Beim Abstich erfolgt der Ausfluß der Schmelze nach öffnen eines Ventils im Bodenbereich des Tiegels über einen geschlossenen Verbindungskanal in die Küvette hinein. So wird die Entstehung von Oxydhäuten zuverlässig verhindert. .

Bei sehr fein verästelten Formen, wie sie beispielsweise in der Gießtechnik für Schmuckwaren vorkommen treten die genannten Probleme besonders stark hervor und es zeigten sich hinsichtlich der möglichen Formgestaltung Grenzen, da das Evakuieren der Ja

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im übrigen auch vorerhitzton Küvette die Verdampfung und Entmischung von Legierungen bzw. einzelner Bestandteile derselben.unterstützt. Diece Probleme steigen naturgemäß bei zunehmender Evakuierung. Das Bestreben, federnde Gaseinschlüsse durch hochgradiges Evakuieren möglichst ganz abzubauen steht also dein Auftreten von partiellen Verdampfungstendenzen und damit verbundenen Entmischungserscheinungen gegenüber.

Aufgabe der Erfindung ist somit ein Verfahren und eine Vorrichtung mit deren Hilfe sich auch fein verästelte Formen sauber mit Metallen bzw, Metallegierungen ausgießen lassen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial innerhalb eines im wesentlichen druckdicht verschließbaren Raumes erschmolzen wird und daß zumindest während des Abstiches der Druck des in diesem Raum befindlichen Gaskissens über den atmosphärischen Außendruck gesetzt wird.

Einzelheiten des erfindungsgemäßen Prinzips mögen nun anhand einer bevorzugten Ausgestaltung und der beigefügten Zeichnung erläutert sein.

Die. Zeichnung zeigt eine Schmelzform oder Küvette und einen auf diese aufgesetzten Schmelztiegel im Querschnitt durch die Längsachse.

Ein Schmelztiegel 10 besteht aus einem Unterteil 11 und einem Oberteil 12. Das Unterteil 11 dient zur Aufnahme des Schmelzgutes, dessen Erwärmung und Verflüssigung durch elektrische Induktion oder in jeder anderen bekannten Weise erfolgen kann. Bei der hier gezeigten Ausgestaltung ist das Unterteil 11 des Schmelztiegels 10 mit einer Induktionsspule 21 umgeben. Die Halterung und die Verkleidung der Spule 21 sind der Einfachheit halber nicht gezeigt.

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Das Unterteil 11 des Schmelztiegels ist von konischer Topfform und weist im Mittelpunkt seines Bodenbereiches eine Ablauföffnung 18 für das verflüssigte Metall auf. Das Oberteil 12 hat etwa die Form einer Halbkugel und ist*seinem verbreiterten unteren Rand 14 auf den ebenfalls verbreiterten oberen Rand des Unterteiles 11 aufgesetzt. Durch Drehung um seine Mittelachse ist das Oberteil 12 in dem Unterteil 11 verriegelbar. *mit

Zur Verriegelung dienen drei'etwa gleichmäßig voneinander entfernte Klauen 15 am oberen Rand des Unterteiles 11 und zu diesen Klauen ausgerichtete, hier nicht gezeigte Ausnehmungen in dem verbreiterten Randbereich 14 des Oberteiles 12, die das Auflegen des Oberteiles auf das Unterteil in einer Ausgangsposition gestatten, in welcher die Klauen 15 mit den ge- nannten Ausnehmungen ausgerichtet sind. Nach Aufsetzen des Oberteiles in dieser Ausgangsstellung kann es mittels einer Handhabe 15 verdreht werden, wodurch seine Verriegelung an dem Unterteil bewirkt wird, die ei-n zur Durchführung der Erfindung wesentliches Merkmal ist, wie sich noch ergibt.

In dem Oberteil 12 befinden sich eine in der Mitte angeordnete Durchtrxttoffnung 17 für einen Verschlußstab 19 sowie eine Einfüllöffnung 16 für das zu schmelzende Metall, welches in ' Granulatform eingefüllt wird. Die Einfüllöffnung 16 ist durch einen Verschlußdeckel 24 und nicht gezeigte Spannmittel für denselben verschließbar. Die Durchtrittöffnung 17 ist zunächst durch den Verschlußstab 19 im wesentlichen abgedichtet. Ferner kann um den Verschlußstab 19 ein Dichtring 25 gelegt bzw. aufgeschrumpft sein, der sich bei hochgezogenem Verschlußstab gegen eine Abflachung 26 an dem Oberteil 12 des Schmelztiegels anlegt und den zur Zeit des Ausfließens der Schmelze gesteigerten Innendruck des Tiegels besser abdichtet. Außer den genannten öffnungen befindet sich noch eine Einlaßöffnung 23 für Druckgas in dem Oberteil 12, die einen Gewindeflansch haben kann.

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Der Verschlußstab 19 ist mit seinem konisch gestalteten unteren Ende in bzw. auf die Auslauföffnung 18 aufgesetzt. Gehalten wird der Verschlußstab 19 durch die über der Auslauföffnung 18 befindliche Durchtrittöffnung 17 im Oberteil 12 des Schmelztiegels. Innerhalb des Verschlußstabes 19 kann ein Thermoelement 20 angeordnet sein, dessen Anschlußdrähte 27 außerhalb des Schmelztiegels am oberen Ende des Verschlußstabes 19 zugänglich sind. Zum Abstich des Schmelzgutes wird der Verschlußstab 19 vertikal nach oben bewegt, wodurch sein konisch gestaltetes unteres Ende die Auslauföffnung 18 frei gibt und sich der Dichtring 25 gegen das Oberteil des Tiegels anlegt.

Der komplette Schmelztiegel 10 kann mitsamt der ihn umgebenden Induktionsspule 21 vertikal angehoben und horizontal verschwenkt werden. Dies ist erforderlich um den Schmelztiegel von der Gießform oder Küvette zu entfernen bzw. ihn auf dieser aufzusetzen. Die hierzu verwendeten technischen Mittel sind bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die Vakuumkammer 30 besteht ebenfalls aus einem topfförmigen Unterteil 31, auf welches ein hier im wesentlichen flaches Oberteil 32 aufgesetzt ist. Das Oberteil 32 liegt mit einem ringförmigen Randbereich an seiner Unterseite auf dem oberen Hand des Unterteiles 31 auf. Zur besseren Abdichtung kann auch eine ringförmige Dichtungseinlage 42 zwischen^gefügt sein. Durch zwei oder mehrere Verschlußvorrichtungen 44 kann das Oberteil 32 an dem Unterteil 31 befestigt und auch gegen dieses angedrückt werden. Die Verschlußvorrichtungen 44 können angelenkte Riegel sein.

Das Oberteil 32 der Vakuumkammer 30 weist in seiner Mitte eine Einlaßöffnung 37 für das Schmelzgut auf. Unterhalb dieser Öffnung befindet sich im Unterteil 31 eine Durchtrittöffnung 38 für einen Kolbenstab 39 > der hydraulisch abgesenkt oder hochgefahren werden kann. Am oberen Ende des Kolbenstabes ist ein Andruckteller 36 aufgesetzt, der die Küvette oder Gießform trägt. Durch Hochfahren des Kolbenstabes 39 kann die Küvette

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zwischen dem Andruckteller und dem Oberteil der Vakuumkammer eingespannt werden.

Die Küvette ist vorteilhaft von einem zylinderformigen Schutzring 33 umgeben, der aus Fe-Metall gefertigt sein kann. Der Schutzring 33 weist in seiner Mantelfläche zahlreiche, hier nicht gezeigte Öffnungen auf, die vorzugsweise kreisförmig ausgebildet sind. Diese öffnungen dienen der besseren Evakuierung der in dem Schutzring angeordneten Küvette. Der zentrale Gießkanal 41 der hier zylindrisch ausgestalteten Küvette verläuft in deren Mittelachse und mündet in die Einlaßöffnung 37 in. dem Oberteil 32 der Vakuumkammer.

Die Küvette 34 wird bei abgenommenem Oberteil 32 in das Unterteil 31 der Vakuumkammer'eingeführt und dabei zentrisch auf den Andruckteller 36 aufgesetzt. Nach dem Auflegen des Oberteiles und dessen Verriegelung wird die Küvette Sann mittels des hydraulisch betätigten Kolbenstabes 39 gegen das Oberteil 32 der Vakuumkammer angedrückt, Wobei ihr Hauptgießkanal unter die Einlaßöffnung 37 zu liegen kommt und eine ausreich ende Abdichtung zwischen der Oberseite der Küvette und der Unterseite des Oberteiles der Vakuumkammer erreicht wird.

Oberhalb des Oberteiles 32 kann noch ein DichtungskSrper 22 aufgesetzt sein, welcher vorzugsweise ebenfalls kreissymmetrisch gestaltet ist und von einem angegossenen", zentrischen Ring 45 auf der Oberseite des Oberteiles 32 aufgenommen werden kann. Der Dichtungskörper 22 weist entlang seiner Mittelachse einen Gießkanal auf, der die Auslauföffnung 18 des Schmelztiegels 10 mit der Einlaßöffnung .37 der Vakuumkammer 30 verbindet. Ähnlich wie das Oberteil des Schmelztiegels 10 weist das Unterteil der Vakuumkammer 50 einen Absaug-Anschluß 43 auf, durch welchen die Vakuumkammer 30 evakuiert werden kann.

Nach dem Einsetzen der Küvette in die Vakuumkammer, dem Verriegeln des Oberteiles 32 an dem Unterteil 31 und dem Hochfahren der Küvette und dem Andrücken derselben gegen das

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Oberteil 32 kann die Evakuierung der Kammer 30 erfolgen. Die Vorteile und Grenzen der Evakuiertechnik wurden schon erläutert.

Zum Eingießen des Schmelzgutes in die Küvette muß der Schmelztiegel zunächst noch horizontal verschwenkt und über der ■Vakuumkammer vertikal abgesenkt werden. Nach dem Absenken liegt-der Schmelztiegel auf dem Dichtungskörper '22 auf, welcher zugleich der thermischen Isolation dient. Nach dem Einfahren des Schmelztiegels 10 kann der Gießvorgang eingeleitet werden, was durch Hochziehen des Verschlußstabes 19 erfolgt.

Nach einem Merkmal derErfindung wird nun vor oder zu Beginn des Gießvorganges über die Einlaßöffnung 23 im Oberteil 12 des Schmelztiegels unter Überdruck stehendes Edelgas in den Schmelztiegel eingelassen. Durch das so entstehende Druckkissen wird der Verdampfungsneigung der Schmelze bzw. ihrer Komponenten entgegen gewirkt und ein zügiger Druckausgleich für den sinkenden Spiegel innerhalb des Tiegels erzeugt.Der Unterdruck innerhalb der Küvette bleibt aufrecht erhalten. Die unter Überdruck in die vorerhitzte Küvette einschießende Schmelze kann unter dem Einfluß des nachrückenden Druckkissens merklich besser in feine Verästelungeil der Einzelformen 35 eindringen. Die infolge einer nicht vollständigen Evakuierung noch vorhandenen Gaspolster lassen sich so besser überwinden bzw. austreiben.

Durch die Kombination von Unterdruck in der Vakuumkammer und Überdruck in dem Schmelztiegel zum Zeitpunkt des Gießbeginns konnten erstaunlich gute Ausformungen bei zugleich sauberer Durchmischung der Legierung erzielt werden. Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß der Gasdruck innerhalb der evakuierten Küvette nun zuverlässig oberhalb solcher Druckv/erte gehalten werden kann, die eine Gefahr spontaner Verdampfung oder Entmischung der Schmelze bzw. ihrer Legierungsbestandteile mit sich bringen.

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Es mag deutlich geworden sein, daß sich die Erfindung im Vordergrund der Verarbeitung von Legierungen widmet und daß die genannten Probleme wie beispielsweise die Entmischung z.T. überhaupt erst bei Legierungen auftreten.

Hierbei war es eine wesentliche Erkenntnis, von der bisher angestrebten möglichst hochgradigen Evakuierung Abstand nehmen zu müssen. So wurden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn der Hestdruck in der Küvette noch über 0,1 at lag. Der auf die im Tiegel befindliche Schmelze gesetzte Überdruck lag dabei im Bereich von 0,3 bis 3,0 atü.

Die optimalen Zusammenstellungen zwischen dem Unterdruck in der Küvette und dem auf die Schmelze gesetzten Überdruck hängen naturgemäß von den in der Legierung vorhandenen Bestandteilen und deren Anteilen ab. Die hier typischen Kombinationen können dem Anwender in Form einer Tabelle verfügbar gemacht werden.

Die Anwendung der elektrischen Induktion zum Gewinnen der Schmelze bringt zugleich eine selbständige Durchmischung derselben mit sich, was sich ebenfalls vorteilhaft auswirkt. Die Durchführung des Erfindungsgedankens ist indessen ebensogut bei Anwendung anderer Erhitzungsarten möglich.

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Schmelzen und Gießen von Metallen, insbesondere Edelmetallen und deren Legierungen, bei welchem die gewonnene Schmelze nach öffnen eines Ventiles über einen geschlossenen Verbindungskanal in eine evakuierte und vorerhitzte Küvette eingelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial innerhalb eines 'im wesentlichen druckdicht verschließbaren Raumes (10) erschmolzen wird und daß zumindest während des Abstiches der Druck des in diesem Raum befindlichen Gaskissens über den atmosphärischen Außendruck gesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Schmelzvorganges in den abgeschlossenen Raum (10) Edelgas, insbesondere Argon einleitet, dessen Druck man vor oder zu Beginn des Abstiches durch Einleiten zusätzlichen Gases über den atmosphärischen Außendruck steigert.

3· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Küvette (34) mit einem Schutzring (33) umgibt, der in seiner Mantelfläche vorzugsweise mehrere kreisförmige Ausnehmungen aufweist.

4·» Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3> gekennzeichnet durch einen Schmelztiegel (10), der aus zwei gegenseitig verriegelbaren (14,15) Halbschalen (11,12) besteht, deren eine als Oberteil (12) dient und eine Einfüllöffnung (16) für das Rohmaterial und einen Einlaß (23) für Druckgas aufweist und deren andere als Unterteil (11) dient und im Bodenbereich einen Auslaß (18) für die Schmelze aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen um das Unterteil (11) des Schmelztiegels eine vorzugsweise von einem Kühlmittel durchflossene Induktionsspule (21) gelegt ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhitzung des Rohmaterials eine elektrische Widerstands* heizung vorgesehen ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine Vakuumkammer (30) mit einem hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Hebebühne (36) vorgesehen ist, mittels welcher die Küvette (34) im Bereich der Einlaßöffnung (37) für die Schmelze dichtend gegen die Oberseite (32) der Sammer (30) andrückbar ist."

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