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Gießvorrichtung für Metalle Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung
für Metalle, bestehend aus einem heizbaren Tiegel für die Metalischmelze und einer
koaxial darunter angeordneten Cuvette als Gußform, die von einem Vakuumbehälter
umgeben ist.
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Derartige Gießvorrichtungen sind allgemein üblich, insbesondere in
der Schmuckindustrie,und beispielsweise in der DE-PS 30 26 720 beschrieben.
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Ein ständiges Problem bei den gattungsgemäßen Gießvorrichtungen besteht
in der Abdichtung des Tiegels gegen die Küvette bz. den Vakuumbehälter. Hier wurde
beispielsweise schon vorgeschlagen tE-PS 30 26 720 ) als Dichtungsring einen Schneidring
vorzusehen, um eine ausreichende Dichtung zu erreichen. Dies hat sich in der Praxis
jedoch nicht bewährt.
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Andererseits ist eine einwandfreie Abdichtung deswegen erforderlich,
damit won der äußeren Luftumgebung keine atmosph. Luft während des Gießvorganges
mit der einfließenden Metallschmelze in Berutu-ung kommt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, dies auf einfache und wirilngsvolle
Art zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Küvette
mit einem umlaufenden Flansch auf einem tragen des Vakuumbehälters aufsitzt, so
daß der unterhalb des Flansches liegende Küvettenteil
im Vakuum
liegt und der oberhalb des Flansches liegende Küvettenteil in ein von der umlaufenden
Wandung des Vakl.umbehälters und dem Boden des Tiegelgehäuses gebildetes Sichutzgasvolumen
ragt.
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Die grundlegende Idee der Erfindung besteht also darin, den oberen
Küvettenteil und die obere Stirnfläche der Kü vette nicht dem Vakuumraum innerhalb
des Vakuu'behalters zuzuordnen, sondern in ein Schutzgasvolumen ragen zu lassen,
das sich bis zur Austrittsöffnung der Metallschmelze am Tiegelboden erstreckt.
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Als Schutzgas kann beispielsweise Stickstoff verwendet werden, wie
es auch im Tiegelgehäuse eingesetzt wird, da bekanntlich das Metall unter Schutzgasatmosphäre
im Tiegel erschmolzen wird. Gemaß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen,
daß das Schutzgasvolumen teilweise von einer glockenförmigen Vertiefung im Boden
des Tiegelgehäuses gebildet ist, die sich bis zum Metallschmelzen-Austritt aus dem
Tiegelboden erstreckt. Hier kann in einfacher A¢t und Weise vom Schutzgasanschluß
des Tiegelgehäuses eine leitung in diese Vertiefung geführt sein, wodurch der gesamte
Raum zwischen Tiegelboden und Küvetteneingußtrichter mit Schutzgas versorgt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß diese Vertiefung
einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und die Zuführung des Schutzgases tangential
in diese Vertiefung erfolgt, so daß sich eine spiralförmige Verwirbelung des Schutzgases
in der Nahe des Eintritts ergibt, wobei die Eintrittsöffnung des Schutzgases vorzugsweise
dicht in der Nähe der Austrittsöffnung der Metallschmelze aus dem Tiegel liegt.
Die spiralförmige Umschließung der austretenden Metallschmelze hat gegenüber einer
direkten Beaufschlagung des Metallstroms deri Vorteil, daß sich der eintretende
Stickstoff langsamer erwärmt und einer Schwitzwasserbildung vorgebeugt werden kann,
und daß vor allem keine einseitige Abkühlung des flüssigen Metallstromes durch das
einströmende kalte Schutzgas erfolgt.
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Die erfindungsgemäße Zuleitung von Schutzgas in den Küvettenbereich
hat außerdem den Vorteil, daß vor dem Gießvorgang nach Anlegen des Vakuums Stickstolf
in die w~ette gesaugt Wj"rü (Vorsauger),
wodurch sich Sauerstoffreste
in den Gießkanäien der Küvette zuverlassen entfernen lassen, bevor der eigentliche
Guß erfolgt. Insbesondere bei komplizierten Gießkanälen mit geringem Querschnitt
und feinen Verästelungen, wie beispielsweise in der Schmuckindustrie üblich, bedeutet
diese zusätzliche Absaugung der atmosphärischen Luft von der Küvette eine beträchtliche
Qualitätssteigerung der Gußoberfläche.
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Gegenüber den bekannten Lösungen tritt das Abdichtproblem bei der
erfindungsgemäßen Lösung nur in sehr eingeschränktem Umfange auf.
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So ist vorgesehen, daß der Tiegelboden gegen die Stirnseite des Vakuumbehälters
mit einer Ringdichtung abgedichtet ist. Diese Ringdichtung dient aber primär nur
dazu, unnötigen Verlust von Stickstoff zu vermeiden, da infolge des höheren Innendrucks
in dem Schutzgasvolumen gegenüber dem Außendruck im schlimmsten Falle selbst bei
ungenügender Abdichtung Stickstoff nach außen strömen würde, infolge des Druckunterschiedes
jedoch keine Luft nach innen Zutritt hat. In diesem Sinne kann das Schutzgasvolumen,
kurz auch als ''Schutzgasdichtung'l bezeichnet werden, die eine einwandfreiere Dichtung
als die üblichen mechanischen Mittel, wie Dichtringe oder Schneidringe, ermöglicht.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgenäßen Gießvorrichtung wird
anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch
den unteren Teil der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung, Fig. 2 einen Längsschnittdurch
den oberen Teil der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung, Fig. 3 eine Aufsicht in Richtung
des Pfeiles A und Fig. 4 eine Aufsicht in Richtung des Pfeiles B.
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Die wesentlichen konstruktiven Bestandteile der erfindungsgemäßen
Gießvorrichtung sind durch entsprechende Gießvorrichtungen des Anmelders bekannt,
die seit Jahren im Handel und damit der Fachwelt zugänglich sind. Es sollen daher
nur die wesentlichen konstruktiven Bauteile kurz angedeutet werden:
Die
Gießvorrichtung ist im wesentlichen dreiteilig ausgeführt.
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Sie besteht aus einem ruhenden Tiegelgehäuse 40. in dem ein Tiegel
10 zur Aufnahme der Metallschmelze koaxial angeordnet ist. Darunter befindet sich
ein Vakuumbehälter 30 mit einer Küvette 20 (also der Gußform), der an einem seitlichen
Arm 37a vertikal verschiebbar und horizontal verschwenkbar angebracht ist, so daß
die Küvette 20 in den Vakuumbehälter 30 eingelegt und wieder entnommen werden kann
und danach der Vakuumbehälter von unten an den Boden 46 des Tiegel gehäuses 40 angepreßt
werden kann.
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Der Tiegel 10 ist von einer elektrischen oder induktiven Heizvorrichtung
13 umgeben, die ihrerseits von einer thermischen Isolierschicht 15 umschlossen ist.
Der Tiegel 10 mit den Heizelementen 13 und der Isolierschicht 15 sitzt auf einem
Boden 11, in dessen Mitte eine Auslaßöffnung 14 angebracht ist, die über einen Gußkanal
16 mit dem Tiegel-Innenraum 17 in Verbindung steht. Der Tiegelinnenraum ist in seinem
unteren Teil kegelförmig ausgebildet und mündet in den Gußkanal 16. Beim dargestellten
Ausführungsbeispiel bildet eine Induktionsspule die Heizelemente 13.
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Zum Verschluß dieser Öffnung ist ein Verschlußstab 47 vorgesehen,
der oben durch das Tiegelgehäuse 40 geführt ist und an dessen unterem Ende sich
ein Grauhitkörper 43 befindet, der in die Metallschmelze eintaucht und die Austrittsöffnung
in den Gußkanal 16 verschließen kann. In der gezeichneten Position ist der Tiegelinnenraum
17 geöffnet, die Gießvorrichtung befindet sich also in Gußposition. Der Verschlußstab
47 wird über ein pneumatisches Hebelsystem 48 gesteuert.
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In cer oberhalb des Tiegels 10 befindlichen Tiegelabdeckglocke 40
40 befindet sich Schutzgas, das von zwei i zwei Schutzgasanschlüssen 44 und 45 eingespeist
wird, wobei vvm Schjtzgasanschluß 45 eine erste Schutzgasleitung 45a Xar,zential
in das Innenvolumen des Tiegelabdeckglocke 40 geführt ist (Fig. 3).
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Zur thermischen IssiLerwnc- der Tiegelabrjeckglocke 40 sind ein Kühlmantel
41a und 41b vorgesehen.
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Der Boden 46 der Tiegelabdeckglocke 40 ist so ausgebildet, daß er
in seiner Mitte koaxial zur Ausgußöffnung 14 des Bodens 11 des Tiegels 10 einetrichterfönnige
Vertiefung 46a bildet, in die vom Schutzgasanschluß 45 eine zweite Schutzgasleitung
45b tangential geführt ist (Fig. 4). Damit ist es möglich, das unterhalb der Ausgußöffnung
14 anschließende Volumen unmittelbar mit Schutzgas zu beaufschlagen und somit einen
Kontakt der austretenden Metallschmelze mit atz,DsphGrischer Luft zj verhindern.
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Zur Schaffung eines geschlossenen Schutzgasvolumens 50 ist in der
oberen Stirnseite 33 des Vakuumbehälters 30 eine Ringdichtung 34 eingelegt und die
Küvette 20 ist eine an sich bekannte Flanschcuvette, deren ringförmiger Flansch
21 auf einem ringförmigen Kragen 31 des Vakuumbehälters 30 aufsitzt. Das Schutzgasvolumen
50 wird somit von dem Flansch 21, dem Kragen 31, den Seitenwandungen 32 des Vakuumbehälters
30 und dem Boden 46 des Tiegelgehäuses umschlossen. Die Einhängung der Kü vette
20 mittels des Flansches 21 in den Vakuumbehälter 30 sorgt auch für eine Trennung
des Schutzgasvolumens 50 vom Vakuumvolumen 39, das den größten Teil der Küvette
20 umgibt und das über einen Vakuumanschluß 36 mit einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe
und einem Manometer 38 verbunden ist.
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Das abgeschlossene Schutzgasvolumen sorgt dafür, daß der aus der Ausgunöffnung
14 austretende Gußstrahl auf sehr kurzem Weg durch die Schutzgasatmosphäre in den
seXcrecht darunter liegenden Gußkanal der Küvette 20 gelangt. Fur den Zweck der
Verhinderung von Luftzufuhr an den Gußstranl ist dabei die umlauferlde Ringdichtung
34 nur von sekundärer Bedeutung, da selbst bei einer Undichtigkeit in diesem Bereich
dies lediglich dazu führen Jürde, daß infolge des Überdrucks der Schutzgasatmosphäre
Schutzgas nach außen entweichen würde, nicht jedoch Luft in das Schutzgasvolumen
50 eindringen könnte.
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Die Erfindung benutzt also zum ersten Mal das Prinzip der Schutzgas-Str-Sphäre
nicht nur im Bereich des Tiegels, sondern auch im beson-Kritischen Übergang-shcreich
zwischen Tiegel 10 und Cuvette