DE2451464A1

DE2451464A1 - Vorrichtung und verfahren zum gerichteten erstarren

Info

Publication number: DE2451464A1
Application number: DE19742451464
Authority: DE
Inventors: Russell Wayne Smashey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-11-01
Filing date: 1974-10-30
Publication date: 1975-05-07
Also published as: CA1031929A; US3897815A; GB1489883A; FR2249731B1; FR2249731A1; IT1025249B; BE821765A; JPS5079426A; DE2451464C2

Description

Vorrichtung und Verfahren zum gerichteten Erstarren

Die Erfindung bezieht sich auf das Gießen von Metallgegenständen und insbesondere auf das Gießen von solchen Metallgegenständen, die gerichtet erstarren, um eine langgestreckte Kornstruktur aufzuweisen.

Die Vorteile der Schaffung einer langgestreckten, gerichtet orientierte^ Kornstruktur in einem Metallgegenstand durch gerichtete Erstarrung beinhalten vorwiegend einen signifikanten Vorteil bei der thermischen Dauerfestigkeit gegenüber konventionell gegossenen Strukturen mit einer gleichgerichteten bzw. gleichachsigen Kornstruktur. Da jedoch bekannte Vorrichtungen und Verfahren, die in

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der Literatur weitverbreitet beschrieben sind, im allgemeinen .von der Vacuum-Präzisionsgußtechnologie ausgegangen sind, wurden relativ große, teure und'relativ schwierig zu steuernde Ofeneinrichtungen verwendet. Weiterhin wurden im allgemeinen Mantelvielfachformen zum Gießen einer Vielzahl von Gegenständen aus einer einzigen Charge aus abgegossenem geschmolzenem Metall verwendet.

Der Schlüssel für die Wirksamkeit und Geschwindigkeit der Herstel-

üb.er lung gerichtet erstarrter Gegenstände ist die Steuerung des Wärme¹*- ganges von dem in die Form gegossenen Metall durch die Form hindurch und in eine andere Ofeneinrichtung hinein. Im allgemeinen wird die Gießform auf einer Kühlplatte angeordnet, durch die Wärme von dem erstarrenden Gußstück durch Wärmeleitung hindurchführt. Wenn die Gießform aus der erhitzten Zone eines Ofens herausgezogen wird, wie bei dem "Herausziehverfahren",· wird der Wärmeübergang verstärkt durch Strahlung in die nicht erhitzte Kammer, in die das Gußstück gezogen wird, wenn das Gußstück erstarrt. Jedoch ist eine genaue Steuerung der Lage der Flüssigkeits-Feststoff-Grenzfläche wichtig, an der die Körner erstarren. Trotzdem ist es bei den bekannten Einrichtungen schwierig, diese genaue Steuerung zu erreichen.

Es ist deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, für die Herstellung eines einzelnen, gerichtet erstarrten Gegenstandes durch das Herausziehverfahren eine verbesserte Vacuumgußeinrichtung zu schaffen, die verbesserte Kühlteile aufweist, um den Wärmeübergang von einer Gießformkammer genauer zu steuern, in der der Gegenstand erstarrt wird.

Weiterhin soll eine Einrichtung geschaffen werden, die einen Ofen mit Erhitzungsmitteln aufweist, die zur Entwicklung einer Vielzahl von Erhitzungszonen angeordnet sind, um für Flexibilität bei der Erhitzung von gewünschten Abschnitten des Ofens zu sorgen.

Weiterhin besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, . ein verbessertes gerichtetes Erstarrungsverfahren zu schaffen, bei dem die.Wärme nach dem Gießen zunächst vorwiegend durch ein Kühl-

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teil abgeführt wird, der das in eine Gußform gegossene geschmolzene Metall zuerst berührt, und dann zusätzlich durch ein zweites Kühlteil über die Seitenwand der Gießform, wobei die Geschwindigkeit, mit der die Gießform aus dem erhitzten Abschnitt des Ofens herausgezogen wird, gesteuert wird, um das Portschreiten der Flüssigkeits-Festkörper-Grenzfläche beispielsweise im Dereich des Oberteiles des zweiten Kühlteiles zu halten.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Aufgaben durch eine Vakuum-Gießverkleidung gelöst, die eine obere und eine untere Kammer zusammen mit Mitteln aufweist, um der oberen Kammer Wärme zuzuführen. Ein Vakuumventil kann die Kammern verbinden. Die obere Kammer enthält eine Basis, in der eine öffnung vorgesehen ist, durch die hindurch das Vakuumventil die obere Kammer mit der unteren Kammer verbindet, und auf der ein erstes Kühlteil befestigt ist. Das erste Kühlteil enthält einen vertikalen hindurchführenden Kühlkanal, um eine Gießform durch den Kühlteil und durch die Basis der oberen Kammer hindurchführen zu können. Die untere Kammer, die zweckmäßigerweise eine Zugangsöffnung aufweist, umschließt ebenfalls einen zweiten bewegbaren Kühlteil mit einem Abschnitt, der so bemessen ist-, daß er durch den vertikalen KühlT kanal des ersten Kühlteils hindurchführt, nachdem er durch die Basis der oberen Kammer hindurchgeführt ist. Ein derartiger zweiter Kühlteil kann eine Gießform tragen. Es sind ferner Mittel vorgesehen, um den zweiten Kühlteil in vertikaler Richtung zwischen den zwei Kammern zu bewegen. Die Einrichtung enthält weiterhin Erhitzungsmittel, die gesteuert werden können, um Wärme mit verschiedenen Geschwindigkeiten nach Wunsch in der oberen Kammer zuzuführen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Herausziehverfahrens gemäß der Erfindung wird Wärme von einer mit geschmolzenem Metall gefüllten Gießform zunächst am Bodenabschnitt der Form vorwiegend durch einen Basiskühlteil abgezogen und dann, wenn die Gießform herausgezogen wird, zusätzlich durch einen Kühlteil, der in Umfangsrichtung praktisch um die ganze Form herum und eng neben seitlichen Abschnitten der Gießform angeordnet ist. Die Herausziehgeschwindig-

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keit der Gießform aus der erhitzten oberen Kammer wird gesteuert mit der Geschwindigkeit des Wärmeüberganges von der Gießform auf die Kühlteile, um die flüssig-feste Grenzfläche eines erstarrenden Metallgegenst-andes innerhalb der Gießform in dem Bereich der oberen Oberfläche des ersten Kühlteiles und im allgemeinen gerade oberhalb einer derartigen Oberfläche zu halten. Der Begriff "Metall", wie er hier verwendet wird, soll Metallegierungen einschließen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung undder Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Zeichnung ist eine teilweise geschnittene, teilweise schematische Ansicht von einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Entwicklung des HerausziehVerfahrens zur Herstellung gerichtet erstarrter Gegenstände eliminiert eine Anzahl von Problemen, die in Verbindung mit früher ,entwickelten Methoden bestanden. Im allgemeinen beinhaltet das Herausziehverfahren, daß eine heiße keramische Mantelvielfachform auf einer Kühlplatte angeordnet wird, die auf einem Hebemechanismus montiert ist. Wenn sich die Erstarrungszone durch Wärmeleitung zur Kühlplatte nach oben zu verschieben beginnt, wird die Gießform aus der heißen Zone des Ofens mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in eine nicht erhitzte Kammer oder einen entsprechenden Abschnitt des Ofens gezogen. Der Wärmeübergang durch Leitung durch die Kühlplatte an der Basis der Gießform wird dann durch Strahlung in Richtung auf die Wände der nicht erhitzten Kammer verstärkt. Wenn die Gießform herausgezogen wird, wird der leitende Pfad über das erstarrende Gußstück zur Kühlplatte bis au einem Punkt vergrößert, an dem deren Wirksamkeit stark vermindert wird. Dann ist die Strahlung von dem erstarrten Teil des Gußstückes, das in die unerhitzte Kammer gezogen worden ist, der Mechanismus, auf dem der thermische Gradient an der Flüssig-Fest-Grenzfläche innerhalb der Gußform b.eruht. Diesem Grundverfahren, fehlt jedoch das Vermögen, in

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sehr präziser Weise einen maximalen thermischen Gradienten an der erstarrenden Grenzfläche über dem gesamten Zyklus aufrechtzuer- . halten. Ein Grund hierfür ist, daß eine Mehrfachform verwendet wird, die Kammern bzw. Hohlräume für eine Vielzahl von Gegenständen enthält, die aus einem einzelnen Abguß aus geschmolzenem Metall gegossen werden sollen. Darüber hinaus ist nicht für eine präzise Steuerung des Wärmeüberganges von der Gießform gesorgt worden.

Der Ofen gemäß der Erfindung sorgt dafür, daß ein maximaler thermischer Gradient durch eine Vereinigung einer Vielzahl von Kühlteilen zusammen mit einer präzisen, selektiven Wärmezufuhr er- reicht wird. Die Vielzahl der Kühlteile umfaßt einen Kühlteil, der während des Herausziehens eine einzelne Form eng umschließt. Ein anderer, auf dem die Gießform montiert ist, bildet.eine Basiskühlplatte, die mit der Gießform bewegbar ist und durch die Wärme von dem Metall geleitet wird, aus dem der Gegenstand hergestellt wird.

Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer teils geschnittenen, teils schematischen Ansicht. Die Vakuum-Gießvorrichtung enthält eine Verkleidung, die eine insgesamt bei 10 dargestellte obere Kammer, eine insgesamt bei 12 dargestellte untere Kammer und ein Vakuumventil" umfaßt, das allgemein bei 14 dargestellt ist und die oberen und unteren Kammern miteinander verbindet. Zu den oberen und unteren Kammern gehören Mittel, um diese Kammern zu evakuieren, was beispielsweise durch öffnungen bei 16 und 18 geschehen kann. Solche Mittel beinhalten beispielsweise eine gemeinsame Vakuumpumpe 19 oder einzelne Pumpen, um in den oberen und unteren Kammern nach Wunsch ein Vakuum zu erzeugen.

Innerhalb der oberen Kammer 10 ist ein insgesamt bei 21 dargestellter Ofen angeordnet. Dieser enthält Heizmittel, die in der Figur durch drei vertikal gestapelte einzelne Widerstandswicklungen 20a, 20b und 20c als Wärmequellen gezeigt sind. Jede Wicklung bzw. Windung wird von einer elektrischen Energiequelle gespeist

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und durch eine Ofensteuereinrichtung 22 gesteuert, die die Ein-.gangsleistung zu jeder Quelle verändern kann. Die Steuereinrichtung 22 kann auch die Geschwindigkeit koordinieren, mit der durch jede Wärmequelle dem hohlen Innenraum der Kammer 10 Wärme zugeführt wird, und zwar durch die· Verwendung von üblichen variablen Leistungssteuermitteln, die kommerziell zur Verfugung stehen und allgemein bekannt sind. Zwar ist die Heizeinrichtung, die dem Ofen in der oberen Kammer Wärme zuführt, als eine widerstandsgewickelte dreiteilige Einheit gezeigt, für den Fachmann ist jedoch klar, daß eine Vielfalt von Mitteln zum Zuführen und Steuern der Wärme verwendet werden könnte, um die beabsichtigte thermische Steuerung in den verschiedenen in Rede stehenden Zonen herbeizuführen .

Ein wesentliches Merkmal des beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung besteht darin, daß die Ofenwände, die durch die Heizeinrichtung gebildet sind und die zusammen einen hohlen Ofen-' innenraum 35 bilden, eng. benachbart angeordnet sind und seitliche und obere Abschnitte einer Gießform im wesentlichen umschließen. Diese Anordnung zusammen mit der Heizeinrichtung sorgt für eine genauere Steuerung des Metalls innerhalb der Gießform_s insbesondere am Beginn des Verfahrens gemäß der Erfindung. Die Ofenwände₉ die die Heizelemente umschließen, bestehen im allgemeinen aus einem keramischen Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid.

Die obere Kammer 10 enthält eine Basis 24 mit einer hindurchführenden öffnung 26 _s um eine Verbindung zwischen der oberen Kammer 10 und der unteren Kammer 12 über das Vakuumventil 14 zu ermöglichen» Auf der Basis 24 ist ein in Unifangsrichtung angeordnetes erstes Kühlteil 28 montiert, das eine obere Oberfläche 30 und einen vertikalen Kühlkanal 32 durch den ersten Kühlteil hindurch aufweist und mit der Basisöffnung 26 der oberen Kammer fluchtet bawo ausgerichtet ist» Das erste Kühlteil besteht vorzugsweise aus Metalls wie beispielsweise Kupfer oder einer Kupferbasis-Legierung«, und enthält Mittel_s die schematisch als eine Leitung dargestellt sind_s die mit einer nicht gezeigten Kühlmittelquelle in Verbindung stehen_s um ein Kühlmittel durch die Kühlplatte, bei-

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spielsweise Wasser, zu leiten, um den Wärmetransport durch den ersten Kühlteil zu verstärken. Eine derartige Kühleinrichtung kann als Kühlspulen innerhalb oder um die Kühlung herum in bekannter Weise angeordnet sein, beispielsweise in Verbindung mit wassergekühlten Wärmeübertragungsteilen.

Um eine Verbindung zwischen der oberen Kammer 10 und der unteren Kammer 12 zu gestatten, enthält das Vakuumventil 14 eine Vorrichtung 34- zur Betätigung des Vakuumventil 14. Das Vakuumventil 14 und die Vorrichtung 34 besitzen einen bekannten Aufbau und sind kommerziell verfügbar. Derartige Mittel werden in weitem Umfang in der Vakuum-Ofentechnik verwendet, die sich auf "die Vielkammeröfen bezieht. Durch die Verwendung eines derartigen Vakuumventils kann die obere Kammer 10 umgebungsmäßig von der unteren Kammer 12 getrennt werden, um in der oberen Kammer 10 ein Vakuum beizubehalten, wenn es dort einmal entwickelt worden ist, während die untere Kammer 12 zum Be- und Entladen der Gießformen vor und nach deren Betrieb verwendet werden kann.

Die untere Kammer 12 weist eine Zugangsöffnung 36 auf, die eine Tür 38 umfaßt, zu· der eine Vakuumdichtung 39 gehört. Die Zugangsöffnung 36 kann irgendeine zweckmäßige Form besitzen, beispielsweise um die Beladung oder Entladung einer Gießform aufzunehmen, wie beispielsweise aus Keramik, die allgemein bei 40 gezeigt ist. Die Gießform 40 enthält einen Fuß oder eine Basis 41, Seitenwände 43 und einen oberen Abschnitt 45. ■

In der unteren Kammer 12 ist eine Gießform-Plattform 42 gezeigt, die betriebsmäßig mit einem vertikal arbeitenden Hebemechanismus 44 verbunden ist, der die Plattform 42 in Richtung auf und von der oberen Kammer 10 weg anheben oder absenken kann. Auf der Plattform 42 ist ein zweites Kühlteil 46 montiert, das mit der Plattform bewegbar ist und eine obere Oberfläche 47 aufweist, auf der die Gießform 40 montiert ist. Dies ist ein Beispiel für eine Einrichtung, die für eine relative Bewegung zwischen den Kühlteilen 28 und 46 und demzufolge für eine solche Bewegung zwischen .der Gießform 40 und dem ersten Kühlteil 28 sorgt.

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Das zweite Kühlteil 46, das gelegentlich als Basis bezeichnet wird, ist vorzugsweise Metall und kann in einer ähnlichen Weise strömungsmittelgekühlt werden wie das erste Kühlteil. Das zweite Teil ist so geformt, daß es in den vertikalen Kühlkanal 32 des ersten Kühlteiles°28 in der oberen Kammer 10 paßt, beispielsweise indem seine Seitenwand 49 so geformt ist_a daß sie etwas kleiner als-der Kühlkanal 32 ist» Demzufolge weist der Hebemechanismus 44 einen ausreichenden vertikalen Hub auf _s um das zweite Kühlteil 46 in den vertikalen Kühlkanal 32 anzuheben und um somit die Gießform 40 in der oberen Kammer 10 anzuordnen ₃ wie es in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist. Der Hebemechanismus 44, der ein maschinenschraubenartiger Mechanismus sein kann, der von einer reversiblen Drehvorrichtung angetrieben werden kann, wie beispielsweise einem reversiblen Motor,, der schematisch durch Pfeile 48 dargestellt ist, ist in einer Buchse bzw. Hülse 50 untergebracht, die geeignete Vakuumdichtungen aufweist«, um die untere Kammer 12 von der Atmosphäre zu trennen.

Zu der Dreheinrichtung 48 gehört eine Hebesteuerung 52₉ die den Betrieb der Dreheinrichtung 48 beginnen und beenden kann und auf Wunsch

/kann.

dessen Geschwindigkeit steuern 'Bei einer stärker automatisierten Ausfuhr ungs form der Erfindung ist die Hebesteuerung 52 mit der Ofensteuerung 22 in einer Weise koordiniert _s die in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung näher beschrieben werden wirdo Dies kann durch eine Prozeßsteuerung 54 erreicht werden.» von der eine Hauptfunktion darin besteht, die in der oberen Kammer 10 durch die Ofensteuerung 22 zugeführte Wärme mit der Geschwindigkeit des Herausziehens der Gießform 40 aus dem Ofen 21 durch die Hebesteuerung 52 zeitlich zu steuern. Bei einem noch stärker automatisierten Ausführungsbeispiel der Einrichtung gemäß der Erfindung kann eine koordinierende Prozeßsteuerung 54 den Betrieb der Vorrichtung 34 zum Betätigen des Vakuumventils 14 als eine Punktion eines Signals von einem Drucksensor 56 innerhalb der unteren Kammer 12 beginnen lassen_s indem der Steuereinrichtung 54 signalisiert wird, daß in der unteren Kammer 12 ein angemessenes Vakuum erseugt worden ist₉ um eine öffnung des Vakuumventils 14 zu ermöglichen» Weiterhin kann die Steuereinrichtung 54 pro-

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grammiert sein, um das Ventil 34 als eine Punktion der Stellung der Gießform 40 zu schließen, die aus der oberen Kammer 10 herausgezogen und durch das Vakuumventil 14 hindurchgeführt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine derartige Abtasteinrichtung ein kommerziell verfügbarer Nahwirkungsschalter 58 in der unteren Kammer 12 und ein ähnlicher, nicht gezeigter Schalter in der oberen Kammer 10 .sein, um die Position der Gießform 40 beispielsweise anhand der Plattform 42 abzutasten. Eine .weitere Funktion, die durch die koordinierende Steuereinrichtung 54 ausgeführt werden kann, besteht darin, die Erzeugung eines Vakuums in Gang zu setzen oder.das Vakuum innerhalb der unteren Kammer zu beseitigen, was beispielsweise als eine Funktion der Dichtung der Zugangsöffnung 3d oder der Gießformposition geschehen kann. Beispielsweise kann dies durch ein Ventil 60 erreicht werden, das zu der Evakuierungsöffnung 18 in der unteren Kammer gehört;

Der Vakuum-Gießofen kann auf verschiedene weise gehaltert werden, was für den Fachmann ohne weiteres klar ist. Ein Halterungsteil ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, um eine Halterungseinrichtung aufzuzeigen. Die Lage eines einzelnen Ofens oder eine Anordnung aus einer Vielzahl derartiger Vakuum-Gießöfen, mit deren Steuerungen jeweils ein Ofenmodul gebildet wird, kann auch eine andere Halterungseinrichtung nahelegen.

Die enge Steuerung der gerichteten Erstarrung, die durch die vorliegende Erfindung erzielbar ist, wird teilweise dadurch erreicht, daß Wärme innerhalb des Ofens 21 mit einer Vielzahl von Geschwindigkeiten zugeführt wird, um verschiedene Funktionen zu erreichen. Beispielsweise wird Wärme dem Innenraum des Ofens 21 in solchen Mengen zugeführt, um zunächst eine feste Metallcharge zu schmelzen und dann die Temperatur des geschmolzenen Metalls innerhalb der Gießform 40 auf einer Temperatur zu halten, die größer als die Schmelztemperatur des Metalls ist, außer daß vielleicht für einen relativ kleinen Bereich an der Basis der Gießform eine Erstarrung auftritt. Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung bedingt eine Wärmezufuhr in der Weise, daß die höchste Temperatur in der Gießform in der oberen Zone des Ofens

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auftritt, die mit A bezeichnet ist, um ein möglichst schnelles Schmelzen der Legierungscharge mit sich-zu bringen. Auf Wunsch kann für eine weitere Änderung der Wärmezufuhr in einer Zone, wie beispielsweise der oberen Zone A, gesorgt werden, um eine noch stärker selektive Steuerung des Schmelzens der Charge zu schaffen. Aufgrund der Wärme, die von dem Kühlteil 30 weggetragen wird, ist die Wärmezufuhr zur unteren Zone,die mit C bezeichnet ist, relativ hoch im Vergleich zur mittleren Zone, die mit B bezeichnet ist, um das Metall in der Gießform oberhalb seiner Schmelztemperatur zu halten, abgesehen von dem Bereich unterhalb der Flüssig/Pest-Grenzfläche nahe der Basis der Gießform, an der die gerichtete Erstarrung zunächst auftritt. Somit beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Zufuhr von Wärme zum Ofeninneren mit einer Vielzahl von Geschwindigkeiten, um das Gießen und dann die gerichtete Erstarrung des Metalls innerhalb der Gießform mit fortschreitendem Verfahren enger zu steuern, wie bereits erwähnt wurde, wird die enge Steuerung, die durch eine derartige variable Wärmezufuhr in den beschriebenen Zonen erreicht wird, dadurch verstärkt, daß die Ofenwände eng neben den seitlichen und oberen Abschnitten der Gießform angeordnet sind und diese im wesentlichen umschließen.

Nachdem eine ausreichende Temperatur in der Zone A des Ofens erzeugt, ist,- um die Legierungscharge zu schmelzen und diese in den unteren Teil der Gießform fließen zu lassen, wird die Wärme von der Gießform abgeführt, was zunächst durch den Basiskühlteil erfolgt, der in der Zeichnung bei 46 gezeigt ist. Das Kühlteil 46 wird zu Beginn des Verfahrens innerhalb des vertikalen Kühlkanales 32 des ersten Kühlteils 28 angeordnet, der in der Zeichnung so dargestellt ist, daß er in Umfangsrichtung um den Pfad, den die Gießform durchläuft, herum und nahe diesem angeordnet ist. Wenn dann die Gießform aus dem Ofen 21 herausgezogen wird aufgrund der Abwärtsbewegung des Hebemechanismus 44, wird Wärme durch den Basiskühlteil 46 sowie durch den Kühlteil 28 abgezogen, der im itfesentlichen um einen seitlichen Abschnitt oder den Umfang der Gießform 40 herum angeordnet wird» Bei der Durchführung des Verfahrens wird die ilebesteuerung 52 mit der Ofensteuerung 22

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koordiniert, um die Flüssigkeits/Festkörper-Grenzflache der gerichtet erstarrten Legierung innerhalb der Gießform 40 in der Nähe der oberen Fläche 30 des ersten oder in Urnfangsrichtung angeordneten Kühlteils 28 zu halten. Diese verbesserte Steuerung der Wärmeströmung, wobei eine Vielzahl von Kühlteilen verwendet wird, die voneinander divergieren, aber an solchen Bereichen der Gießform angeordnet sind, die die engste Warmes t'römungs steuerung erfordern, eliminiert Gußdefekte, wie beispielsiieise streuende, gleichgerichtete Körner, Sprenkelungen, fehlorientierte Körner und Schwund.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird zunächst das Vakuumventil 14 geschlossen, während der Hebemechanismus 44 und die Plattform 42 im wesentlichen so innerhalb der unteren Kammer 12 angeordnet werden, wie es in der Zeichnung gezeigt ist. Dann wird in der oberen Kammer 10 und dem Ofen 21 ein Vakuum ausgebildet durch die öffnung 16 in der oberen Kammer und die Vakuumpumpe Eine selbstgießertd.e Gießform 40 einschließlich einer festen Metallcharge in ihrem oberen Abschnitt wird an der Basis und dem zweiten Kühlteil 46 befestigt. Die Zugangstür 38 wird geschlossen und abgedichtet, wonach die untrere Kammer 12 durch die öffnung 18 und eine Vakuumpumpe, wie beispielsweise die Vakuumpumpe 19» evakuiert wird. Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, kann das Schließen und Abdichten der Tür 38 dem Ventil 60 signalisieren, die Erzeugung des gewünschten Vakuums in der unteren Kammer 12 zu beginnen. Ein derartiger Druckwert kann .durch den ■ Drucksensor 56 abgetastet werden und dann der Prozeßsteuerüng signalisieren, die Vorrichtung 34 zu betätigen, um das Vakuumventil 14 zu öffnen. Anschließend kann die Prozeßsteuerung 54 der Hebesteuerung 52 signalisieren, die Gießform 40 in die in der Zeichnung gestrichelt dargestellte Position anzuheben, was durch den geeignet angeordneten Nahwirkungsschalter abgetastet werden kann. In jedem Fall beinhaltet das Verfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung die grundsätzliche Maßnahme, daß ein geeignetes Vakuum in der unteren Kammer 12 ausgebildet, das Vakuumventil 14 geöffnet und die Gießform 40 in die Position innerhalb des Ofens 21 angehoben wird.

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Wenn sich die. Gießform in der gestrichelt dargestellten Position befindet, erhöht die Wärme, die mit einer hohen Geschwindigkeit vorwiegend aufgrund der Heizeinrichtung 20a zugeführt wird, die Temperatur der festen Metallcharge im oberen Abschnitt der Gießform über ihre Schmelztemperatur hinaus. Die geschmolzene Charge fließt dann durch Schwerkrafteinwirkung nach unten und füllt den unteren Abschnitt der Form, in der ein Gegenstand hergestellt werden soll. Gleichzeitig wird Wärme über die Heizeinrichtung 20b mit einer größeren Geschwindigkeit über die Heizeinrichtung 20c zugeführt, um die gegossene Charge oberhalb ihres Schmelzpunktes zu halten, abgesehen von dem Bereich der oberen Oberfläche 30 des in Umfangsrichtung angeordneten ersten Kühlteiles. Dann wird*die Hebesteuerung 52 aktiviert, um die Gießform 40 aus dem Ofen 21 abzusenken. Die Geschwindigkeit des Herausziehens wird jedoch mit der Wärme koordiniert, die durch die Ofensteuerung 22 den verschiedenen Zonen innerhalb des Ofens 21 zugeführt wird, um die Flüssigkeits/Pestkörper-Grenzfläche des gerichtet erstarrten Metalls innerhalb der Gießform in dem allgemeinen Bereich der oberen Oberfläche 30 des ersten Kühlteiles 2 8 zu halten, der in Umfangsrichtung um die herauswandernde Gießform herum angeordnet ist. Auf diese Weise durchläuft die Plüssigkeits/Pestkörper-Grenzfläche die Gießform mit einer eng gesteuerten Geschwindigkeit, um einen gerichtet erstarrten Gegenstand verbesserter Qualität zu schaffen.

Nach dem vollständigen Herausziehen der Gießform 40 von dem Ofen in der oberen Kammer 10 in die untere Kammer 12 wird das Vakuumventil 14 geschlossen, um das Vakuum in der oberen Kammer 10 aufrecht zuerhalten. Das Schließen des Ventils 14, beispielsweise durch die Vorrichtung 34, kann als Folge eines Signals, wie beispielsweise von einem Nahwirkungsschalter, zur Prozeßsteuerung herbeigeführt werden, die ein derartiges Schließen regelt. Das Vakuum wird dann von der unteren Kammer 12 abgelassen, beispielsweise indem das Ventil 60 manuell oder duro-h ein Signal von der Prozeßsteuerung 54 geöffnet wird. Die Zugangsöffnung 38 wird dann geöffnet, die Gießform 40 wird herausgenommen und die Einrichtung ist fertig für einen weiteren Zyklus.

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Claims

Ansprüche

Vakuum-Gießvorrichtung;, gekennz eichnet durch eine Umhüllung (10 und 12) bildende Wände, Mittel (19) zur Evakuierung der Umhüllung, Heizmittel (20) zur Zufuhr von Wärme zu wenigstens einem Teil der Umhüllung (10), ein erstes Kühlteil (28), das in der Umhüllung (10) angeordnet ist und einen durch den Kühlteil· (28) hindurchführenden Kühlkanal (32) umfaßt, ein zweites Kilhlteil (46), das in der Umhüllung (12) angeordnet ist und wenigstens einen Abschnitt (49) umfaßt, der derart bemessen ist, daß er durch den Kühlkanal (32) des ersten Kühlteils (28) hindurchführt, und der eine Gießform (¹JO) trägt, und Mittel (48), die für eine Relativbewegung zwischen den ersten und zweiten Kühlteilen (28, 46) sorgen.

Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizvorrichtung (20) eine Übereinander angeordnete Vielzahl von Heizquellen (2Oa₁ 20b, 20c) aufweist, die neben dem ersten Kühlteil (28) angeordnet sind, wobei die Heizquellen eine Mittelöffnung aufweisen, die mit dem Kühlkanal im wesentlichen fluchtet, und daß Steuermittel (22) vorgesehen sind zur Veränderung der von jeder der zahlreichen Wärmequellen erzeugten Wärme unabhängig von den anderen Wärmequellen.

Gießvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, ■ daß eine Prozeßsteuerung (54) vorgesehen ist, die die Wärmezufuhrgeschwindigkeit durch jede der Wärmequellen mit der Geschwindigkeit der Vorrichtung (48) koordiniert, die für die Relativbewegung zwischen den ersten und zweiten Kühlteilen (28, 46) sorgt.

Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Umhüllung eine obere Kammer (10) und eine untere Kammer (12) aufweist, die Heizvorrichtung (20) der oberen Kammer (10) Wärme zuführt, die

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obere Kammer (10) eine Basis (24) inif einer hindurehführen-. den öffnung (26) aufweist, das erste Kühlteil (28) auf der Basis' (24) der oberen Kammer montiert ist, so daß der KfJhI-kanal (32) vertikal verläuft und mit der Öffnung (26) fluchtet, und die für eine Relativbewegung sorgende Vorrichtung (48) mit dem zweiten Kühlteil (46) verbunden ist, so daß das zweite Kühlteil (46) zwischen den oberen und unteren Kammern (1O₄ 12) vertikal bewegbar ist,

Gießvorrichtung nach Anspruch 4, d a d- u r c h S 9 H ^θ η- η. ζ β i C-h η e t , .daß die Heizvorrichtung (20) zahlreiche vertikal gestapelte Wärmequellen (20a, 20b, 20c) umfaßt, die über dem ersten Kühlteil (28) angeordnet sind und eine Mittelöffnung aufweisen, die mit der öffnung (26) in der Basi3 der oberen Kammer im wesentlichen fluchtet, und der vertikale Kühlkanal (32)_ydas erste Kühlteil (28) und die Wärmequellen (20a, 20b, 20c) zusammen Seitenwände des Ofens (21) bilden, und ferner eine Steuereinrichtung (22) vorgesehen ist zum Verändern der durch jede der zahlreichen Wärmequellen erzeugten Wärme. unabhängig von den anderen Wärmequellen, und eine Prozeßsteuerung (54) die Geschwindigkeit der Wärmezufuhr durch jede der Wärmequellen mit der Geschwindigkeit der Vorrichtung (48) steuert, die für eine Relativbewegung des zweiten Kühlteils (46) zwischen den oberen und unteren Kammern (10, 12) sorgt.

Gießvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß ein Vakuumventil (60) zwischen den oberen und unteren Kammern (10_a 12) angeordnet ist, das die Kammern miteinander verbindet, die untere Kammer (12) eine abdichtbare Zugangsöffnung (36) aufweist und die Seitenwände des Ofens derart angeordnet und bemessen sindg daß sie eng neben den seitlichen und oberen Abschnitten der Gießform (40) liegen und diese im wesentlichen umschließen, wenn die Gießform in dem Ofen (21) angeordnet ist.

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7. Gießvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (21) eine Basis (24) mit einer öffnung (26) aufweist, das Kühlteil (28) von der Basis gehaltert ist und einen Kühlkanal (32) aufweist, der mit der Basisöffnung (26) fluchtet, zahlreiche gestapelte Heizmittel (20a, 20b, 20c) neben dem Kühlteil angeordnet sind, wobei die Heizmittel eine zentrale öffnung aufweisen, die mit der Basisöffnung (26) und dem Kühlkanal (32) im wesentlichen fluchtet, das Kühlteil (28) und die Heizvorrichtung (20) zusammen die Seitenwände des Ofens (21) bilden, und eine Steuerung (22) vorgesehen ist zur Veränderung der von jedem der zahlreichen Heizmittel' erzeugten Wärme, unabhängig von dem anderen Heizmittel,

8. Gießvorrichtung nach Anspruch 7, · dadurch gekennzeichnet , daß der Kühlkanal (32) im wesentlichen vertikal angeordnet ist und die zahlreichen gestapelten Heizmittel (20a, 20b, 20c) über dem Kühlteil (2 8) angeordnet sind.

9. Gießvorrichtung nach Anspruch 7, -dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlteil (28) Metall ist und Kühlstromungsmittel (33) umfaßt.

10. Gießvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizvorrichtung (20) eine elektrische Widerstandsheizung aufweist und von hochschmelzenden Teilen getragen ist.

11. Gießvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kühlteil (46) eine zur Aufnahme der Gießform (40) geformte Oberfläche (47) und eine Seitenwand (49) aufweist, die neben der Oberfläche (47) angeordnet und derart geformt ist, daß sie in den Kanal (32) des ersten-Kühlteils (28) paßt.

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12. Gießvorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h gekennzeichnet , daß das erste Kühlteil (28) Metall ist und Mittel (33) umfaßt zur Umwälzung eines Kühlströmungsmittels durch den ersten Kühlteil (28).

13. Gießvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Kühlteil (46) Metall ist und Mittel aufweist zum Umwälzen eines Kühlströmungsmittels durch den zweiten Kühlteil.

14. Gießvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl der erste als auch der zweite Kühlteil aus Metall sind und beide Mittel aufweisen zum Umwälzen eines Kühlströmungsmittels durch die Teile.

15. Verfahren zum gerichteten Erstarren eines gegossenen Gegenstandes aus einem geschmolzenen Metall in einer Gießform mit einem Fuß und einer Seitenwand, dadurch gekennzeichnet , daß zahlreiche diskrete, zusammenarbeitende Kühlteile gebildet itferden, die ein erstes Kühlteil, das zur Abfuhr von Wärme durch die Seitenwand angeordnet ist_s und ein zweites Kühlteil umfassen, das zur Abfuhr von Wärme durch den Fuß angeordnet ist_s in der Gießform geschmolzenes Metall angeordnet wird_s Wärme von dem Metall zunächst durch den Fuß und durch den zweiten Kühlteil abgeführt wird und dann Wärme von dem Metall durch den Fuß und den zweiten Kühlteil und desgleichen durch die Seitenwand und den ersten Kühlteil abgeführt wird, während gleichzeitig die ersten und zweiten Kühlteile voneinander getrennt werden, so daß die Lage des ersten Kühlteils entlang der Seitenwand in dem allgemeinen Bereich einer Flüssigkeits/ Feststoff-Grenzfläche in dem Metall gehalten wird, wenn das Metall in der Gießform erstarrt«

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16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Kühlteil einen im wesentlichen vertikalen Kühlkanal und das zweite Kühlteil eine obere Fläche neben einer Seitenwand aufweist, die derart konfiguriert ist, daß sie in den Kühlkanal paßt, wobei der Fuß und die Seitenwand der Gießform derart bemessen sind, daß sie durch den Kühlkanal passen, ferner der Fuß der Gieß-

■ form an der oberen Fläche des zweiten Kühlteils befestigt wird, der zweite Kühlteil in dem Kühlkanal des ersten Kühlteils angeordnet wird, so daß die Gießform vorwiegend über den ersten Kühlteil hinausragt, wenn sich zunächst geschmolzenes Metall in der Gießform befindet, und dann der zweite Kühlteil und die Gießform durch den Kühlkanal hindurch mit einer Geschwindigkeit abgesenkt werden, die etwa gleich derjenigen der Metallerstarrung ist, die in der Gießform auftritt.

17. Verfahren nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Kühlteil in Umfangsrichtung eng neben der Seitenwand der Gießform angeordnet ist, wenn sich die ersten und zweiten Kühlteile trennen.

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