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" Schmelz- und Gießanlage für Vakuum- oder
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Schutzgasbetrieb mit mindestens zwei Kammern Die Erfindung betrifft
eine Schmelz- und Gießanlage für Vakuum- oder Schutzgasbetrieb, bestehend aus mindestens
zwei unabhängig voneinander unter verschiedenen Atmosphären haltbaren, durch ein
Ventil gegeneinander absperrbare, untereinander angeordnete Kammern, von denen die
obere eine Schmelzeinrichtung mit einer Abgußvorrichtung und die untere Kammer eine
Tiegelhubeinrichtung mit eine linearen Vertikalführung aufweist, mittels welcher
ein Tiegel durch das Ventil minde-stens teilweise in die obere Kammer einfuhrbar
ist.
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Durch die US-PS 3 190 949 ist es bekannt, in einer nach oben offenen
Grube mehrere, an einem Karussell befestigte Kokillen anzuordnen, die mit einem
oder mehreren Oberteilen von Lichtbogenöfen vakuumdicht verbindbar sind. Das Karussell
kann zusätzlich zu seiner Rotationsbewegung eine vertikale Hubbewegung ausführen.
Zur Führung des Karussells ist eine ortsfeste, senkrechte Führungssäule vorgesehen.
Bei dieser Lösung stellt sich nicht das Problem einer vakuumdichten Durchführung
des Hubantriebs durch die Wand einer gasdichten Kammer, insbesondere einer Vakuumkammer.
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Durch die DE-OS 21 35 159 ist eine Vorrichtung bekannt, die der eingangs
beschriebenen Vorrichtung weitgehend ähnlich ist, jedenfalls solange, wie die obere
und die untere Kammer miteinander verbunden sind. Der Tiegel ist auf einer Hubvorrichtung
befestigt, die im Prinzip die Kolbenstange eines Hydraulikantriebs darstellt und
durch die untere Begrenzungswand der unteren Kammer hindurchgeführt ist, wo sie
innerhalb eines Hydraulikzylinders endet. Der Hydraulikzylinder hat eine Bauhöhe,
die mindestens der Bauhöhe der unteren Kammer entspricht, so daß entweder die gesamte
Vorrichtung eine große Bauhöhe aufweist, oder aber unterhalb der Vorrichtung eine
Grube vorgesehen werden muß, wie dies auch in der US-PS 3 190 949 gezeigt ist.
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Problematisch ist die Abdichtung der Hubvorrichtung bzw.
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Kolbenstange an der Durchdringungsstelle durch die untere Begrenzungswand
der unteren Kammer.
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Durch die DE-AS 2 150 904 ist weiterhin eine Vorrichtung bekannt,
die der eingangs beschriebenen Vorrichtung ähnlich ist, jedoch mit dem Unterschied,
daS die obere und die untere Kammer nicht gasdicht gegeneinander absperrbar sind.
Für das
Anheben des Tiegels bzw. der Gießform in die obere Kammer
ist eine ortsfeste, aber in sich drehbare Führungssäule vorgesehen, an der ein Schlitten
mit einem Ausleger für die Tiegelbefestigung angeordnet ist. Der Schlittenantrieb
erfolgt jedoch auch hier durch eine Zugstange, die durch die obere Begrenzungswand
der unteren Kammer hindurchgeführt und mit einem entsprechenden Linearantrieb versehen
ist. Auch dieser Antrieb wirft hinsichtlich der Durchführung der Zugstange durch
die Kammerwand einige Probleme auf.
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Die bekannten Lineardurchführungen durch Kammerwände, die sehr stark
verbreitet sind, sind ausgesprochene Schwachstellen der gesamten Vorrichtung und
bedingen häufige Wartungs- und Reparaturarbeiten. Der Grund hierfür ist darin zu
sehen, daß an der Durchdringungsstelle eine Dichtung vorhanden sein muß, die den
Eintritt oder Austritt von Luft (beim Vakuumbetrieb) oder von Schutzgas (beim Betrieb
unter Oberdruck) verhindern soll. Durch den Schmelzbetrieb, Metallspritzer, auf
der Säule oder Zugstange kondensierende Metalldämpfe entsteht jedoch auf diesen
Teilen im Laufe der Zeit eine derart große Oberflächenrauhigkett, daß Dichtungen
in kürzester Zeit verschleissen. Dies ist auch dann der Fall, wenn die-Zugstange,
wie in der DE-AS 2 150 904 beschrieben, innerhalb der hohlen Führungssäule angeordnet
ist, weil Metalldämpfe auch durch kleinste Ritzen dringen. Trotz eines seit langem
bestehenden Bedürfnisses nach einer Abhilfe wurde bisher keine brauchbare Lösung
gefunden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß Undichtigkeiten an Durchdringungsstellen
von
Antriebsteilen für den die Kokille oder Gießform tragenden Schlitten nicht mehr
auftreten können.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs angegebenen
Vorrichtung erfindungsgemäß'dadurch, daß der Vertikalführung innerhalb der unteren
Kammer ein Drehantrieb und eine Einrichtung zur Umsetzung der Drehbewegung in eine
Vertikalbewegung des Tiegels zugeordnet ist.
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Durch die Verwendung eines Drehantriebs in der unteren Kammer ist
es möglich, die Verbindung mit einem außerhalb der Kammer liegenden Antriebsmqtor
über eine Drehdurchführung herbeizuführen, deren einander berührenden Teile keinerlei
Verunreinigung und keinem Verschleiß ausgesetzt sind. Dies ist darauf zurückzuführen>
daß stets dieselben Teile miteinander in Berührung stehen und nicht, wie bei einer
Schiebedurchführung, Oberflächenteile durch die Durchführung hindurchlaufen, die
sich zuvor an einer anderen Stelle befunden haben und einer Verunreinigung im Sinne
der obigen Ausführungen ausgesetzt worden sind. Eine Drehdurchführung hat zudenl
weitaus geringere Reibungsverluste als beispielsweise et;ite Lineardurchführung.
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Dadurch, daß alle Antriebselemente für die Vertikalbewegung des Tiegels
ausschließlich innerhalb der unteren Kammer angeordnet sind, und keine nach oben
oder nach unten über die Kammerhöhe hinausragenden Zugstangen oder Spindeln aufweisen,
lf3ßt sich die erfindungsgemäße Schmelz- und Gießanlage mit minimaler Bauhöhe ausfahren,
die nur durch das technisch bedingre Volumen der Schielzeinrichtung einerseits und
durch den vertikalen Weg des Tiegels andererseits bedingt ist. Hierdurch
wird
die Errichtung kostspieliger Gruben unterhalb der Anlage ebenso eingespart wie die
Errichtung von Hallen mit ausreichender Dachhöhe für die Aufstellung der Anlage.
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Es ist gemäß der weiteren Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die
Vertikalführung in an sich bekannter Weise eine vertikale Führungssäule und einen
auf der Führungssäule geführten, mit dem Tiegel verbundenen Schlitten aufweist,
und wenn für den Antrieb dieses Schlittens ein endloses Zugorgan vorgesehen ist,
welches über eine obere und eine untere Rolle unter Bildung zweier senkrechter Trumms
geführt ist, von denen eins mit dem Schlitten verbunden ist.
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Mit einer derartigen Vertikalführung, läßt sich eine sehr gleichförmige
Absenkbewegung des Tiegels erreichen, insbesondere dann, wenn der Schlitten sich
ausschließlich über Führun-gsrollen auf der Führungssäule abstützt. Ein bei anderen
Vertikalführungen häufig auftretendes Ruckeln", bedingt durch einen Slip-Stick-Effekt
ist bei einer derartigen Ausführungsform nicht zu beobachten. Eine ruckfreie Vertikalbewegung
des Tiegels ist insbesondere beim Vorgang der gerichteten Erstarrung von Bedeutung,
bei dem Ungleichförmigkeiten in der Bewegung den Erstarrungsvorgang ungünstig beeinflussen
können.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten des Erfindungsgegenstandes
sind in den übrigen Unteransprüchen näher erläutert.
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Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend
anhand der Figuren 1 bis 4b näher erläutert.
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Es zeigen:
Figur 1 einen Vertikalschnitt durch eine
vollständige Schmelz- und Gießanlage mit einer Führungssäule und einem endlosen,
über zwei Rollen geführten Zugorgan für den Tiegel antrieb, Figur 2 einen Teilausschnitt
aus Figur 1 mit dem Unterschied, daß das endlose Zugorgan durch eine Gewindespindel
ersetzt ist, Figur 3 einen Teilausschnitt aus Figur 1 analog Figur 2, in dem als
Vertikalführung eine sogenannte 11Nürnberger Schere" vorgesehen ist und Figur 4a
einen Teilausschnitt aus Figur 1 im Bereich des und Figur 4b Schlittens, der in
der Nachbarschaft der Führungssäule mit einer Reinigungsvorrichtung versehen ist.
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In Figur 1 ist eine Schmelz- und Gießanlage für Vakuumbetrieb dargestellt,
die aus einer oberen Kammer 1 und einer vertikal darunter angeordneten unteren Kammer
2 besteht, die beide im wesentlichen den gleichen Grundriß aufweisen. In beiden
Kammern können unabhängig voneinander verschiedene Atmosphären durch Wahl der Gasart
und des Gasdrucks aufrechterhalten werden, da die Kammern durch ein Ventil 3 gegeneinander
absperrbar sind, das Uber einen Ausleger 4 mit einem Antrieb 5 verbunden ist, der
eine Fub- und Schwenkbewegung des Auslegers 4 und damit des Ventils 3 ermöglicht.
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In der oberen Kammer 1 ist eine Schmelzeinrichtung 6 vorhanden, die
aus einem Kipptiegel 7, umgeben von einer Induktionsspule 8
gebildet
wird. Die Schmelzeinrichtung ist mittels einer bekannten, nur gestrichelt angedeuteten,
Drehdurchführung 9 mit außerhalb der Anlage vorhandenen Aggregaten verbunden, wie
mit einer Schmelzstromquelle und einem Kühlmittelanschluß. Derartige Drehdurchführungen
werden im Hinblick auf den Verlauf der Strompfade häufig auch als Koaxialdurchführungen
bezeichnet. Durch Kippen in Richtung des Pfeils 1C läßt sich der Inhalt des Kipptiegels
7 in einen Tiegel 11 (Kokille, Gießtiegel ) entleeren, der in seiner obersten Position
durch eine strich-punktierte Linie lla angedeutet ist.
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Das Chargieren der Schmelzeinrichtung 6 erfolgt über eine Chargiere-inrichtung
12 und eine Chargierschleuse 13, die oberhalb des Kipptiegels 7 angeordnet ist.
Eine Einblickeinrichtung 14 ermöglicht eine Beobachtung der Vorgänge in der Schmelzeinrichtung
6 sowie beim Abgiessen. Die obere Kammer 1 ist noch über einen Saugstutzen 15 mit
einem Vakuumpumpsatz 16 verbunden, der nur schematisch angedeutet ist.
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Die Schmelzeinrichtung 6 besitzt eine Abgußeinrichtung 6a, die im
einfachsten Falle als sogenannte "Gießschnauze" des Kipptiegels ausgebildet ist,
aber auch in an sich bekannter Weise durch -eine -verschließbare Bodenöffnung in
einem stationären Schmelztiegel gebildet werden kann.
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In der unteren Kammer 2 befindet sich eine Tiegelhubeinrichtung 17,
mittels welcher der Tiegel 11 in die obere Kammer 1 einführbar ist, und zwar in
genau vertikaler Richtung entlang der Linie 18. Dies geschieht durch eine Uffnung
19, die durch das Ventil 3 verschließbar und in einer waarrechten Trennwand 20 wischen
den weiden Kammern 1 und L anceordnet ist.
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Die Tiegelhubeinrichtung 17 weist eine Vertikalführung 21 auf, die
ausschließlich innerhalb der unteren Kammer 2 angeordnet ist. Sie besteht aus einer
Führungssäule 22 und einem auf ihr geführten, mit dem Tiegel 11 verbundenen Schlitten
23. Der Schlitten 23 ist mit mehreren Führungsrollen 24 ausgestattet, über die er
sich an der Führungssäule 22 abstützt. Zum Antrieb des Schlittens 23 dient ein endloses
Zugorgan 25, das beispielsweise durch ein Seil oder Kette gebildet und unter Bildung
zweier senkrechter Trumms 25a und 25b über eine obere Rolle 26 und eine untere Rolle
27 geführt ist. Eines der beiden Trumms ist mit dem Schlitten verbunden. Die Vertikalführung
ist von einem Schutzgehäuse 28 umgeben, das einen weiteren Schutz gegen Spritzer
und Bedampfen darstellt.
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Innerhalb der unteren Kammer 2 ist ein Drehantrieb 29 vorgesehen,
der hier nur als Kupplung dargestellt ist. Dieser Drehantrieb wirkt auf eine Einrichtung
zur Umsetzung der Drehbewegung in eine Vertikalbewegung des Tiegels ein Diese Einrichtung
enthält dabei ein Getriebe 30 für den Antrieb der unteren Rolle 27, deren Drehbewegung
zu einer Vertikalbewegung der beiden Trumms- 25a und 25b führt. Der Drehantrieb
29 führt über eine vakuumdichte Drehdurchführung 31 zu einem Motor 32 mit vorgeschaltetem
Getriebe 33, wobei durch eine Drehzahlregelung eine exakte Regelung der Hub- und
Senkgeschwindigkeit des Tiegels 11 ermöglicht wird.
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In Figur 2 sind gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Es ist zu erkennen, daß parallel zur Führungssäule 22 eine Gewindespindel
34 angeordnet ist, deren
beiden Enden in ortsfesten Lagern 35 und
36 gehalten sind.
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Die Gewindespindel'ist durch den Schlitten 23 hindurchgeführt, der
an dieser Stelle eine Spindelmutter 37 aufweist.
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Die Einrichtung zur Umsetzung der Drehbewegung in eine Vertikalbewegung
des Tiegels ist in diesem Falle die Gewinde spindel 34 in Verbindung mit der Spindelmutter
37.
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Bei der Variante gemäß Figur 3 besteht die Vertikalführung 21 aus
einer Nürnberger Schere 38, die bekanntlich bei Einhaltung enger Toleranzen eine
ausgezeichnete Geradeführung ermöglicht, ohne daß lineare Relativbewegungen zwischen
aufeinander gleitenden Bauteilen stattfinden. Die unteren: Enden der untersten Scherenglieder
39 und 40 sind in ortsfesten Lagern 41 und 42 gelagert, die gleichzeitig auch die
Drehpunkte von Zahnsegmenten 43 und 45 sind. Eines der Zahnsegmente (45) steht mit
dem nicht gezeigten Drehantrieb (analog zu "29t' in den Fig. 1 und 2) in Verbindung.
Im vorliegenden Fall sind die Zahnsegmente 43 und 45 in Verbindung mit der Schere
38 die Einrichtung zur Umsetzung der Drehbewegung der Zahnsegmente in eine Vertikalbewegung
des Tiegels 11.
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Der Ausdruck "Tiegel" steht für jede Form, in die ein Abguß erfolgt,
und schließt Kokillen, Präzisionsgießformen, Formen zur gerichteten Erstarrung etc.
ein.
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Anhand der Figuren 4a und 4b ist schließlich noch eine Reinigungseinrichtung
44 erläutert, die an einem Fahrgestell 46 des Schlittens 23 befestigt ist, und im
Prinzip eine Wischvorrichtung darstellt, die an der Führungssäule 22 anliegt.
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Durch Anordnung einer solchen Reinigungseinrichtung 44 oberhalb und
unterhalb des Schlittens bzw. der den Schlitten tragenden FUhrungsrollen 24 ist
gewährleistet, daß der Schlitten jeweils nur in einen gereinigten Bereich der Führungssäule
22 einl eintreten kann.. Hierdurch wird die Laufruhe des Schlittens ebenso gesteigert
wie die Lebensdauer der Führun-gsrollen 24.