DE3432523C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung für Metalle, bestehend aus einem heizbaren Tiegel für die Metallschmelze und einer koaxial darunter angeordneten Küvette als Gußform, die von einem Vakuumbehäl­ ter umgeben ist.

Derartige Gießvorrichtungen sind allgemein üblich, insbesondere in der Schmuckindustrie, und beispielsweise in der DE-PS 30 26 720 beschrieben.

Ein ständiges Problem bei den gattungsgemäßen Gießvorrichtungen besteht in der Abdichtung des Tiegels gegen die Küvette bzw. den Vakuumbehälter. Hier wurde beispielsweise schon vorgeschlagen (DE-PS 30 26 720) als Dichtungsring einen Schneidring vorzusehen, um eine ausreichende Dichtung zu erreichen. Dies hat sich in der Praxis jedoch nicht bewährt.

Andererseits ist eine einwandfreie Abdichtung deswegen erforderlich, damit von der äußeren Luftumgebung eine atmosphärische Luft während des Gießvorganges mit der einfließenden Metallschmelze in Berührung kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, dies auf einfache und wirkungs­ volle Art zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Küvette mit einem umlaufenden Flansch auf einem Kragen 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 Vakuumbehälters und dem Boden des Tiegelgehäuses gebildetes Schutzgasvolumen ragt.

Die grundlegende Idee der Erfindung besteht also darin, den oberen Küvettenteil und die obere Stirnfläche der Küvette nicht dem Vakuumraum innerhalb des Vakuumbehälters zuzuordnen, sondern in ein Schutzgasvolumen ragen zu lassen, das sich bis zur Austrittsöffnung der Metallschmelze am Tiegelboden erstreckt.

Als Schutzgas kann beispielsweise Stickstoff verwendet werden, wie es auch im Tiegelgehäuse eingesetzt wird, da bekanntlich das Metall unter Schutzgasatmosphäre im Tiegel erschmolzen wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß das Schutzgas­ volumen 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 Art und Weise vom Schutzgasanschluß des Tiegelgehäuses eine Leitung in diese Vertiefung geführt sein, wodurch der gesamte Raum zwischen Tie­ gelboden und Küvetteneingußtrichter mit Schutzgas versorgt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß diese Vertie­ fung einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und die Zuführung des Schutzgases tangential in die Vertiefung erfolgt, so daß sich eine spiralförmige Verwirbelung des Schutzgases in der Nähe 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 austreten­ den Metallschmelze hat gegenüber einer direkten Beaufschlagung des Metallstroms den Vorteil, daß sich der eintretende Stickstoff langsamer erwärmt und einer Schwitzwasserbildung vorgebeugt werden kann, und daß vor allem keine einseitige Abkühlung des flüssigen Meall­ stromes durch das einströmende kalte Schutzgas erfolgt.

Die erfindungsgemäße Zuleitung von Schutzgas in den Küvettenbereich hat außerdem den Vorteil, daß vor dem Gießvorgang nach Anlegen des Vakuums Stickstoff in die Küvette gesaugt wird (Vorsaugen), wodurch sich Sauerstoffreste in den Gießkanälen der Küvette zuver­ lässig entfernen lassen, bevor der eigentliche Guß erfolgt. Insbeson­ dere 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.

Gegenüber den bekannten Lösungen tritt das Abdichtproblem bei der erfindungsgemäßen Lösung nur in sehr eingeschränktem Umfange auf. 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" bezeichnet werden, die eine einwandfreiere Dichtung als die üblichen mechanischen Mittel, wie Dichtringe oder Schneidringe, ermöglicht.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den unteren Teil der er­ findungsgemäßen Gießvorrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den oberen Teil der erfin­ dungsgemäßen Gießvorrichtung,

Fig. 3 eine Aufsicht in Richtung des Pfeiles A, und

Fig. 4 eine Aufsicht in Richtung des Pfeiles B.

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. 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 37 a 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 Tiegelgehäuses 40 angepreßt werden kann.

Der Tiegel 10 ist von einer elektrischen oder induktiven Heizvorrich­ tung 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.

Zum Verschluß dieser Öffnung ist ein Verschlußstab 47 vorgesehen, der oben durch das Tiegelgehäuse 40 geführt ist und an dessen unterem Ende sich ein Graphitkörper 43 befindet, der in die Metall­ schmelze eintaucht und die Austrittsöffnung in den Gußkanal 16 verschließen kann. In der gezeichneten Position ist der Tiegelinnen­ raum 17 geöffnet, die Gießvorrichtung befindet sich also in Gußposi­ tion. Der Verschlußstab 47 wird über ein pneumatisches Hebelsystem 48 gesteuert.

In der oberhalb des Tiegels 10 befindlichen Tiegelabdeckglocke 40 befindet sich Schutzgas, das von zwei Schutzgasanschlüssen 44 und 45 eingespeist wird, wobei vom Schutzgasanschluß 45 eine erste Schutzgasleitung 45 a tangential in das Innenvolumen der Tiegelabdeckglocke 40 geführt ist (Fig. 3).

Zur thermischen Isolierung der Tiegelabdeckung 40 sind ein Kühlmantel 41 a und 41 b vorgesehen.

Der Boden 46 der Tiegelabdeckglocke 40 ist so ausgebildet, daß er in seiner Mitte koaxial zur Ausgußöffnung 14 des Bodens 11 des Tiegels 10 eine trichterförmige Vertiefung 46 a bildet, in die vom Schutzgasanschluß 45 eine zweite Schutzgasleitung 45 b 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 Metall­ schmelze mit atmosphärischer Luft zu verhindern.

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 Flansch­ küvette, 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 Küvette 20 mittels des Flansches 21 in den Vakuumbehälter 30 sorgt auch für eine Trennung des Schutz­ gasvolumens 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.

Das abgeschlossene Schutzgasvolumen sorgt dafür, daß der aus der Ausgußöffnung 14 austretende Gießstrahl auf sehr kurzem Weg durch die Schutzgasatmosphäre in den senkrecht darunter liegenden Gießkanal der Küvette 20 gelangt. Für den Zweck der Verhinderung von Luftzufuhr an den Gießstrahl ist dabei die umlaufende Ringdichtung 34 nur von sekundärer Bedeutung, da selbst bei einer Undichtigkeit in diesem Bereich dies lediglich dazu führen würde, daß infolge des Überdrucks der Schutzgasatmosphäre Schutzgas nach außen entweichen würde, nicht jedoch Luft in das Schutzgasvolumen 50 eindringen könnte.

Die Erfindung benutzt also zum ersten Mal das Prinzip der Schutzgas­ atmosphäre nicht nur im Bereich des Tiegels, sondern auch im beson­ ders kritischen Übergangsbereich zwischen Tiegel 10 und Küvette 20.

Claims (7)

1. Gießvorrichtung für Metalle, bestehend aus einem heizbaren Tiegel für die Metallschmelze und einer koaxial darunter angeordneten Küvette als Gußform, die von einem Vakuumbehälter umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Ausgußöffnung (14) des Tiegels (10) und der Eintrittsöffnung (24) der Küvette (20) befindliche Strecke vollständig innerhalb eines Schutzgasvolumens (50) liegt.

2. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (20) mit einem umlaufenden Flansch (21) auf einem Kragen (31) des Vakuumbehälters (30) aufsitzt, so daß der unterhalb des Flansches (21) liegende Küvettenteil (20 a) im Vakuum liegt und der oberhalb des Flansches (21) liegende Küvettenteil (20 b) in das von der umlaufenden Wandung (32) des Vakuumbehältes (30) und dem Boden (46) der Tiegelabdeckglocke (40) gebildete Schutzgasvo­ lumen (50) ragt.

3. Gießvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgasvolumen (50) teilweise von einer Vertiefung (46 a) im Boden (46) der Tiegelabdeckglocke (40) gebildet ist.

4. Gießvorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhr vom Schutzgasanschluß (45) der Tiegelabdeckglocke (40) in die Vertiefung (46 a) des Bodens (46) erfolgt.

5. Gießvorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (46 a) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und daß die Zuführung des Schutzgases tangential erfolgt.

6. Gießvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (46) der Tiegelabdeckglocke (40) gegen die Stirnseite (33) des Vakuumbehälters (30) mit einer Ringdichtung (34) abgedichtet ist.

7. Gießvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiegelgehäuse (40) vertikal gegen den Boden (11) gepreßt wird, auf dem der Tiegel (10) aufsitzt.