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Dicht gekapselter Unterdruck-Giessofen
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen dicht gekapselten, wärmeisolierten
und mit elektrischen Heizelementen versehenen Unterdruck-Giessofen mit einer Einfüllöffnung
und einem abwärts verlaufenden Abzapfrohr, die Je weils Dichtungsvorrichtungen aufweisen,
zum Schmelzen von Metall und Giessen der Metallschmelze unter Druck bei gleichzeitigem
Aufrechterhalten eines Unterdruckes in dem Raum des Giessofens oberhalb der Metallschmelze.
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Bei Giessöfen der obenerwähnten Gattung, wo Metall in fester Form
durch die Einfüllöffnung eingeführt und im Giessofen mittels elektrischer Elemente
geschmolzen wird und wo das geschmolzene Metall unter Druck in einer an das Abzapfrohr
angeschlossenen Form gegossen wird, konnte man bisher nicht gleichzeitig mit dem
Abzapfen von geschmolzenem Metall durch
das Abzapf rohr Metall in
fester Form in den Giessofen einbringen, weil man über dem geschmolzenen Metall
im Giessofen einen Unterdruck aufrechtzuerhalten wünscht, damit unerwünschte Gase,
beispielsweise mit dem zu schmelzenden festen Metall in die Schmelze eingebrachte
Luft, aus der Metallschmelze entfernt werden können.
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Der erwähnte Unterdruck wurde bisher üblicherweise mittels grosser
Vakuumpumpen geschaffen und musste nach jedem Öffnen der Einfüllöffnung zum Einbringen
einer neuen Charge festen Metalls erneut etabliert werden. Der Einsatz der erwähnten
grossen Vakuumpumpe und das ständige Wiederherstellen des erwähnten Unterdruckes
im Giessofen sind unwirtschaftlich und unrationell in Verbindung mit dem Schmelzen
und Giessen gewisser Metalle, wie beispielsweise Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt
und wo das geschmolzene Metall unter Druck in an das Abzapfrohr angeschlossenen
Formen zur Herstellung von beispielsweise Lagerfuttern und anderen Gegenständen
für die Industrie oder von Schmuckgegenständen gegossen wird. Das Metall oder die
Metall-Legierung, die zum Giessen verwendet werden soll, wird natürlich unter Berücksichtigung
der herzustellenden Gegenstände gewählt.
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Es ist natürlich möglich im Anschluss an die Einfüllöffnung Schleusen
zu bauen, damit der Druck im Giessofen während dem Einführen von festem Metall in
diesen aufrechterhalten bleibt, aber es wird dabei unerwünschte Luft eingeführt,
die sich zusammen mit dem festen Metall in der Schleusenkammer befindet.
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Diese Luft muss mittels der erwähnten Vakuumpumpe entfernt werden.
Dazu kommt, dass eine derartige Schleuseneinrichtung in der Einfüllöffnung verhältnismässig
kompliziert und kostspielig ist.
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2weck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Giessofens,
wo ein starker Unterdruck zur erforderlichen Entgasung des geschmolzenen flüssigen
Metalls nicht notwendig ist, und wo ein schwacher Unterdruck mittels einer bei einem
zweckmässigen Unterdruck im Giessofen verdampfenden bzw. kondensierenden Flüssigkeit
aufrechterhalten wird, wobei die den Raum im Giessofen oberhalb des geschmolzenen
Metalls füllende Dampfphase der Flüssigkeit die Schmelze gleichzeitig schützt. Eventuelle
während des Schmelzens des eingeführten festen Metalls entwickelte Gase können in
konventioneller Weise vom Raum des Giessofens mittels
einer Vakuumpumpe
und einem Auslauf im oberen Bereich des Giessofens entfernt werden. Ein weiterer
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Giessofens, wo das Zuführen von festem
Metall, das Schmelzen desselben und das Abzapfen flüssigen Metalls zu Giessformen
kontinuierlich und unter gleichzeitigem Aufrechterhalten des Unterdruckes über der
Metallschmelze im Giessofen, unabhängig von den Volumenänderungen des geschmolzenen
Metalls im Giessofen erfolgen kann.
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Erfindungsgemäss wird dies durch die im kennzeichnenden Teil der
nachfolgenden Ansprüche angegebenen Merkmale erzielt.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch
dargestellten Beispieles näher erläutert.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen dichten Giessofen 1,
wo das Einführen des Werkstoffes zum Ofenraum durch ein Einführungsrohr 2 erfolgt,
welches eine Dichtungsvorrichtung in der Form von kommunizierenden Rohren aufweist,
wobei die kommunizierenden Rohre einen hydraulischen Verschluss 3 bilden wo die
Flüssigkeit aus flüssigem Metall 4 besteht. Am Boden des Giessofens ist ein Abzapfrohr
5 mit einem manövrierbaren Sperrventil 6 in seinem unteren abgebogenen und nach
oben gerichteten Endabschnitt vorgesehen. Das Abzapfen von flüssigem Metall kann
derart erfolgen, dass flüssiges Metall unter Falldruck in eine geschlossene am Ende
des Abzapfrohres 6 vorgesehene Form 7 hineeingedrückt wird. Die Form weist am oberen
Rand kleine Entlüftungslöcher auf und eine Einführöffnung für flüssiges Metall unter
Druck ist am unteren Rand 9 der Form vorgesehen.
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Der freie Raum 10 oberhalb der Schmelze 11' in der Ofenkammer 11
i.st über ein Rohr vom oberen Abschnitt der Kammer 11 an einen Behälter 12 angeschlossen.
Der Behälter 12 enthält eine Flüssigkeit 13 welche bei einem bestimmten Unterdruck
verdampft, derart, dass ein Gas 14, welcher das erwähnte Anschlussrohr und den Raum
10 oberhalb der Schmelze füllt, das Metall in der Schmelze 11' schützt und den Unterdruck
im Raum 10 bei Volumenvariationen der Schmelze in der Ofenkammer 11 während des
Füllens und Abzapfens des Ofens konstant hält.
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Damit die Umgebungsluft nicht durch das Einführungsrohr 2 in die
Ofenkammer 11 eindrinqen soll, ist die Höhe des Flüssigkeitssäulenrohres 3' des
hydraulischen Verschlusses und damit
die flüssige Metallsäule 4
derart angepasst, dass der Druck dieser Metallsäule zumindest gleich gross oder
grösser als der Unterdruck im Raum 10 oberhalb der Metallschmelze 11' ist.
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Bei dem erwähnten Unterdruck, d.h. Verdünnung der Gasatmosphäre im
Raum 10, soll die Flüssigkeit 13 im Behälter 12, welcher dem oberen Abschnitt der
Ofenkammer 11 zugeordnet ist, -anfangen Gas zu verdampfen, welches den Raum 10 oberhalb
der Schmelze 11 füllt. Dies erfolgt beim Abzapfen von flüssigem Metall durch das
Abzapfrohr 5 in die Form 7.
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Bei Druckerhöhung der Gasatmosphäre im Raum 10, z.B. bei Zufuhr von
festem Metall durch das Einfüllrohr 2, in welchem die Werkstoffe wegen einem das
Einfüllrohr 2 umgebenden elektrischen Heizelement 16 schmelzen, wird das Gas 14
in den Behälter 12 zurückströmen und darin zur Flüssigkeit 13 kondensieren, weil
der Behälter 12 derart vorgesehen ist, dass er auf einer niedrigeren Temperatur
als die Kammer 11 des Giessofens gehalten wird.
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Die Höhe des Abzapfrohres 5 des Schmelzofens ist derart angepasst,
dass die Metallsäule im Rohr und in der Schmelze 11' eine Gesamthöhe erhalten,welche
zusätzlich zur Kompensation des Unterdrucks im Raum 10 oberhalb der Metallschmelze
11' auch den erwünschten Giessdruck in der Giessform 7 ergibt.
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Das ggf. eingekapselte Gas welches das die Metallsäule 4 bildende
Einfüllmetall in den Ofen mitsichführen kann und welches nicht kondensiert und in
den Flüssigkeitsbehälter zurückgeht, kann mittels einer kleinen an die Anlage angeschlossenen
Vakuumpumpe 15 aus dem System entfernt werden.
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Der Giessofen 1 und das Abzapfrohr 5 sind mittels das Einfüllrohr
2, und das Abzapf rohr 5 umgebender elektrischer Elemente 16erhitzt und der Schmelzofen
1 an sich und das Abzapf rohr 5 weisen ausserdem eine Wärmeisolation 17 auf.
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Ein Giessofen der obenstehenden Gattung kann für unterschiedliche
Metalle konstruiert werden, wobei man beim Bauen das Eigengewicht des einzusetzenden
Metalls, den erwünschten Überdruck in der Ofenkammer, den Giessdruck und Siedepunkt
und chemische Eigenschaften der Flüssigkeit 13 im Behälter 12, deren Gas die Schmelze
11' schützen soll, berücksichtigt.
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Wenn das Auslaufrohr 3' des hydraulischen Verschlusses teleskopisch
verlängerbar gestaltet wird, lässt es sich entsprechend des Eigengewichts der unterschiedlichen
Metalle zur
Bildung der erwünschten Säulenhöhe und damit des erwünschten
Unterdruckes im Raum 10 einstellen. Durch eine entsprechende teleskopische Verlängerbarkeit
des Endabschnittes des Abzapfrohres 5 lässt sich auch der Giessdruck regeln.
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Der Giessofen wurde mit einer 50/50%-igen Metall-Legierung aus Sn
und Pb ausgeprobt, wobei als Flüssigkeit 13 im Behälter -12 ein Kohlenwasserstoff
C5H12 mit Siedepunkt 35 0C für das Schutzgas eingesetzt wurde. Die Umgebungstemperatur
des Behälters 12 war 180C und der Unterdruck im Raum 10 52% (400 Torr). Der Giessofen
funktionierte wie beschrieben.