DE3815844A1 - Vorrichtung und verfahren zum steigenden giessen von metall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum steigenden Gießen von Metall, wobei insbesondere die Metallschmelze aufgrund eines niedrigen Drucks, der in einer hermetisch um gasdurchlässige Formhohlräume angeord­ neten Kammer induziert wird, zum Fließen in die und Füllen der Formhohlräume gebracht wird.

Bekannte Vorrichtungen und Verfahren gemäß den US-PS′en 39 00 064 und 45 89 466 werden erfolgreich eingesetzt, um Gießteile hoher Güte zu erzeugen, die in vieler Hinsicht Gießteilen überlegen sind, die mit fallenden Gießverfahren erzeugt werden. Die Vakuumkammer wird üblicherweise auf einem Druck gehalten, der bis zu 1/3 (0,34 bar) unterhalb Atmosphärendruck liegt, während die Metallschmelze im wesentlichen unter Atmosphärendruck und zum Füllen dünner Formhohlräume häufig bis zu 0,9 bar unterhalb Atmosphären­ druck liegt.

Nachdem die Gießform gefüllt ist, addiert sich der metallo­ statische Druck im unteren Teil der Form zu dem Unterdruck, so daß der Gesamtmetalldruck in diesem Volumen häufig 1,24 bar erreicht. Diese Metalldrücke führen zu Spannungen in den Formwandungen je nach Form und Größe des Formhohl­ raums. Die Größe dieser Spannungen steigt mit der Zunahme der Gesamtabmessungen der Teile. Z. B. kann ein Teil mit den Maßen 5,08 × 10,16 × 0,64 cm eine Kraft von ca. 65,4 kg aufnehmen müssen, während ein Teil mit den Maßen 15,24 × 10,16 × 0,64 cm eine Kraft von 196 kg aufnehmen muß. Wenn derart große Kräfte insbesondere mit den hohen Temperaturen von Stahl kombiniert sind, kann eine Verschie­ bung der Formwand, ein Eindringen von Metall in die Form­ vorderseite und selbst ein vollständiger Ausfall der Form stattfinden, und zwar besonders dann, wenn die Formen Gefügefehler aufweisen. In der Praxis wirkt sich das so aus, daß teure Maßnahmen erforderlich sein können, um diese Probleme auszuschalten, und daß bestimmte größere Form­ stücke nicht mit den angegebenen Verfahren herstellbar sind. Auch verlangen die Verfahren Gießformen hoher Festig­ keit mit Innenflächen geringer Porosität, z. B. hochtempe­ raturgebundene Keramik-Maskenformen. Gießformen mit gerin­ gerer Festigkeit, z. B. niedrigtemperaturgebundene Sand­ formen, werden hauptsächlich mittels anderer Verfahren befüllt, z. B. durch teilweises Tauchen der Form in die Metallschmelze, wobei nur an den oberen Teil der Form ein Unterdruck angelegt wird (US-PS′en 43 40 108 und 45 32 976).

Es wurde nunmehr gefunden, daß die vorgenannten Schwierig­ keiten vermieden oder doch minimiert werden und sich wei­ tere Vorteile einstellen, wenn in der gasdurchlässigen Gießform ein Einfüllkanal vorgesehen wird, der mit weiteren Formhohlräumen in Verbindung steht, und wenn der obere Teil dieses Einfüllkanals auf einem niedrigeren Druck als der Druck in der die Form umgebenden Unterdruckkammer gehalten wird.

Die Vorrichtung nach der Erfindung zum steigenden Gießen von Metallschmelze, mit einer Gießform aus gasdurchlässigem Material mit darin ausgebildeten Formhohlräumen und einem Einfüllkanal, der seitlich mit weiteren Hohlräumen der Gießform in Verbindung steht und der ein offenes Unterende sowie oberhalb seiner obersten Verbindungsstelle mit den weiteren Hohlräumen ein Oberende aufweist, mit einer herme­ tisch verschließbaren tragenden Kammer für die Gießform, mit Mitteln zum Verbinden des offenen Unterendes des Ein­ füllkanals der in der Kammer hermetisch angeordneten Gieß­ form mit einer zu gießenden Metallschmelze, und mit Druck­ mindervorrichtungen, die in der hermetisch dichten Kammer einen Druck erzeugen, der ausreichend niedriger als der Druck auf die Metallschmelze ist, so daß die Metallschmelze durch die Verbindungsmittel und den Einfüllkanal strömt und die weiteren Formhohlräume ausfüllt, ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckmindervorrichtungen Differenzdruck- Mindereinheiten umfassen, die während des Füllens der Gieß­ form den oberen Teil des Einfüllkanals selektiv auf einem niedrigeren verminderten Druck als dem verminderten Druck in der außerhalb der Gießform befindlichen tragenden Kammer halten.

Das Verfahren nach der Erfindung zum steigenden Gießen von Metallschmelze in eine Form aus gasdurchlässigem Material, die in einer hermetisch dichten Kammer angeordnet ist und einen Einfüllkanal im Inneren aufweist, der unterhalb seines Oberendes seitlich mit Formhohlräumen in Verbindung steht, ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschrit­ te: Verbinden eines unteren Teils des Einfüllkanals mit einem Vorrat der zu gießenden Metallschmelze, Beaufschlagen des Oberendes des Einfüllkanals mit einem ersten Druck, der ausreichend niedriger als der die Metallschmelze beauf­ schlagende Druck ist, so daß die Metallschmelze den Ein­ füllkanal füllt und gefüllt hält, und gleichzeitiges Beauf­ schlagen der Kammer außerhalb der Form mit einem zweiten Druck, der höher als der erste Druck und ausreichend nied­ riger als der die Metallschmelze beaufschlagende Druck ist, um ein Ausfüllen der übrigen Formhohlräume mit Metall­ schmelze, die aus dem Einfüllkanal zu diesen strömt, zu gewährleisten.

In bevorzugter Weiterbildung der Vorrichtung ist dabei vor­ gesehen, daß die Differenzdruck-Mindervorrichtung eine An­ schlußleitung mit einem offenen Ende in der Kammer hat, daß die Gießform einen gasdurchlässigen Verschluß für das obere Ende des Einfüllkanals aufweist, und daß Mittel zum herme­ tischen Verschließen des offenen Endes der Anschlußleitung zur Gießform um das obere Ende des Einfüllkanals vorgesehen sind; ferner ist der Verschluß ein in das Oberende des Ein­ füllkanals eingesetzter Stopfen; und das Oberende des Ein­ füllkanals liegt oberhalb der übrigen Formhohlräume der Gießform, und/oder das offene Ende der Anschlußleitung ist um einen größeren Teil des oberen Teils der Gießform ein­ schließlich des Oberendes des Einfüllkanals hermetisch dicht angeordnet, um das Füllen von nach oben verlaufenden Teilen weiterer darunter befindlicher Formhohlräume zu unterstützen.

Die durch die Erfindung ermöglichte zweifache unabhängige Regelung von Niederdruck innerhalb und außerhalb der Gieß­ form ermöglicht das Füllen von Formhohlräumen mit niedri­ geren Gesamtmetalldrücken an den Innenseiten der Formhohl­ räume, wodurch die Gefahr eines Formenbruchs und eines Ein­ dringens von Metall in die Formwandungen verringert wird, was sich in einer überlegenen Güte und Maßhaltigkeit aus­ drückt. Bei Verwendung mit niedrigtemperaturgebundenen Sandformen sind größere Formen mit mehr Formhohlräumen als bisher einsetzbar, die als miteinander verschraubte, über­ einander angeordnete Sektionen ausgebildet sein können, wodurch sich erhebliche Einsparungen bei der Herstellung der Formen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren ergeben. Es können Gießformen mit großem horizontalem Quer­ schnitt mit Metallschmelzen verwendet werden, deren Schmel­ zendurchmesser kleiner als bisher ist.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische seitliche Schnittdarstellung der Vorrichtung nach der Erfindung, wobei die Teile relativ zueinander zur Beaufschlagung mit Vakuum zum Füllen der Gießform angeordnet sind;

Fig. 2 eine ähnliche Darstellung der Vorrichtung mit einer anderen Gießform;

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung einer modifizierten Vorrichtung mit einer anderen Gießform; und

Fig. 4 eine schematische seitliche Schnittdarstel­ lung, teilweise in seitlicher Aufsicht, eines geschlossenen Tiegels zum Gießen unter Luft­ ausschluß.

Fig. 1 zeigt eine teilbare, dicht verschließbare Belade­ kammer, die an einer Halterung 14 befestigt ist, die ver­ tikal beweglich ist und bevorzugt seitlich bewegbar sein kann. Die Beladekammer 12 weist in ihrer oberen Wand einen Anschluß 16 an eine Differenzdruckeinheit (nicht gezeigt) und in ihrer unteren, die Form tragenden Wand eine mittige Öffnung 18 zur Abstützung einer gasdurchlässigen Gießform 20 auf, wobei die Gießform einen vertikalen Einfüllkanal 22 mit einem Unterende 24 zum Einleiten von Metallschmelze in darin ausgebildete Formhohlräume 26 hat. In Fig. 1 ist die Gießform 20 als hochtemperaturgebundene Maskenform ausge­ bildet.

Gießen mit der Vorrichtung und dem Verfahren kann unabhän­ gig davon durchgeführt werden, ob das Gießmetall bei Gieß­ temperaturen mit Luftsauerstoff und/oder -stickstoff reak­ tiv ist. Bei reaktiven Metallen erfolgt das Gießen unter Luftausschluß aus dem Gießmetall während der gesamten Zeit, in der die Temperatur des Gießmetalls über einem Wert liegt, bei dem das Metall mit Luft merklich reaktiv ist, wie noch erläutert wird.

Ein Tiegel 30 zum Bilden von Metallschmelze mit einer freien Schmelzeoberfläche 32 ist unter der Kammer 12 ange­ ordnet. Es ist zu beachten, daß der Tiegel von der übli­ chen, in elektrische Isolation (nicht gezeigt) eingebet­ teten Induktionsheizspule (nicht gezeigt) umgeben ist. Eine hohle Einfülleitung 40 verläuft von der Kammer 12 abwärts zum Tiegel 30. Diese Einfülleitung kann ein einheitlicher Bestandteil der Gießform sein, sie ist aber als getrennte Leitung dargestellt, die einen oberen Flansch 42 aufweist, der die Bodenöffnung 24 der Gießform umgebend angeordnet ist und mit seinem Hals dicht in der Öffnung 18 in der Kammer 12 sitzt. Ein hydraulischer Antriebszylinder, der teilweise bei 34 gezeigt und mit der beweglichen Halterung 14 verbunden ist, dient zum relativen Bewegen des Tiegels 30 und der Kammer 12 mit der Gießform 20 aufeinander zu bzw. voneinander weg unter selektivem Heben oder Senken der Kammer 12 mit der Gießform 20. (Dies wird bevorzugt, statt­ dessen kann aber auch der Tiegel beweglich sein.)

Bei einem Gießvorgang wird die Kammer 12 aus einer Lage, in der die Einfülleitung 40 einen Abstand über dem Tiegel hat, in die Einfüllage (Fig. 1-3) bewegt, in der das offene Unterende des unteren Abschnitts 44 der Einfülleitung 40 in die Metallschmelze im Tiegel eintaucht. In dieser Einfüll­ lage kann die Differenzdruckeinheit 16 betätigt werden und beaufschlagt die Kammer 12 und die Außenseite der Gießform 20 mit einem Differenzdruck, der ausreichend unter dem Druck der Metallschmelze im Tiegel 30 liegt, so daß Metall­ schmelze durch die Einfülleitung 40 in den Einfüllkanal 22 der Gießform strömt und die miteinander in Verbindung ste­ henden Formhohlräume 26 füllt.

Die bisher beschriebene Konstruktion der Vorrichtung nach Fig. 1 ist im wesentlichen in der US-PS 45 89 466 angegeben und wird bevorzugt. Die in dieser US-PS gezeigte Vorrich­ tung zum Abquetschen und Verschließen einer metallischen Einfülleitung entsprechend der Einfülleitung 40 von Fig. 1, nachdem die Gießform gefüllt ist, kann in Verbindung mit der angegebenen Gießvorrichtung angewandt werden.

In einer Leitung 45 in der oberen Wand der Kammer 12 ist ein zweiter Anschluß 16 a an eine Differenzdruckeinheit (nicht gezeigt) vorgesehen, die selektiv betätigbar ist zur Lieferung eines niedrigeren Drucks als des gleichzeitig in der Kammer 12 durch den Anschluß 16 vorhandenen Drucks. Die Anschlüsse 16 a und 16 können zu verschiedenen Unterdruck­ pumpen oder zu einer einzigen Unterdruckpumpe mit geeigne­ ten Stellventilen führen, so daß in den beiden Anschlüssen unterschiedliche Differnzdrücke vorhanden sind. Ein poröser Verschluß 47, der für Gas, nicht aber für Metall hochdurch­ lässig ist, ist in einer Öffnung am oberen Ende des Ein­ füllkanals 22 der Gießform die Öffnung ausfüllend angeord­ net, und der Anschluß 16 a ist so angebracht, daß seine Mün­ dung der Außenfläche des Verschlusses 47 gegenüberliegt. Ein derartiges System bzw. derartige Systeme sind üblicher­ weise mit flexiblen Anschlüssen montiert, um die Bewegungen der Kammer 12 zu ermöglichen. Eine Druckdichtung 46, die ein O-Dichtring sein kann, ist zwischen dem Anschluß 16 a und der Formoberseite angeordnet, so daß das obere Ende des Einfüllkanals auf einem gegenüber dem Druck in der Kammer 12 verschiedenen Druck gehalten werden kann. Gleichartige Dichtungen 48 sind zwischen dem Anschluß 16 a und der Lei­ tung 45 angeordnet, um eine Leckage aus der Kammer 12 zu verhindern.

Die Öffnung mit dem porösen Verschluß 47 ist die bevorzugte Konstruktion, weil die Gießform oberhalb des Einfüllkanals dem Gewicht des Metalls in der gefüllten Gießform nicht standzuhalten braucht. Somit kann der Verschluß im wesent­ lichen poröser gemacht werden, als es für den übrigen Form­ körper geeignet wäre.

Beim praktischen Gebrauch wird zuerst der untere Abschnitt 44 der Einfülleitung 40 durch die Bodenöffnung 18 der offe­ nen Kammer 12 so eingeführt, daß der geflanschte obere Ab­ schnitt 42 von der Bodenwand der Kammer 12 abgestützt ist und der untere Endabschnitt 44 sich nach vertikal unten zum Tiegel 30 mit Abstand über der Oberfläche 32 der Metall­ schmelze erstreckt. Dann wird die Gießform 20 auf die Ober­ fläche des erweiterten Einfülleitungsabschnitts 42 so auf­ gesetzt, daß ihr offenes Unterende 24 mit der Einfülleitung 40 konzentrisch ist, so daß die Einfülleitung 40 zwischen dem offenen Unterende 24 des vertikalen Formkanals 22 und der Bodenwand der Kammer 12, die die Bodenöffnung 18 um­ gibt, lösbar und hermetisch angeschlossen ist. Der poröse Verschluß 47 wird eingesetzt, und der Anschluß 16 a wird damit hermetisch verbunden. Diese Vorgänge werden vorteil­ haft durchgeführt, während die Kammer 12 vom Tiegelofen seitlich wegbewegt ist.

Dann, wenn die Kammer 12 in ihre Stellung über dem Tiegel zurückgebracht ist und das Gießen unter Luftausschluß durchgeführt werden soll, wird die Kammer 12 mit der Gieß­ form 20 und der Einfülleitung 40 durch Betätigung des hydraulischen Antriebszylinders 34 abwärtsbewegt, so daß das Unterende der Einfülleitung 40 in die Einfüllage der Fig. 1-3 bewegt wird, in der das untere freie Ende der Ein­ fülleitung in die Metallschmelze im Tiegel eintaucht. Dann wird das Innere der Gießform 20 durch die vertikale Leitung 22 mit einem Differenzdruck beaufschlagt, indem die Ver­ bindung 16 a betätigt wird, so daß Metallschmelze die Ein­ fülleitung 40 hochsteigt und den vertikalen Kanal 22 füllt, wobei der metallostatische Druck im Vertikalkanal 22 ein seitliches Fließen von Schmelze in die Formhohlräume 26 bewirkt. Gleichzeitig wird ein zweiter Druck, der höher als der durch den Anschluß 16 a angelegte Druck, jedoch niedri­ ger als der Druck der Metallschmelze im Tiegel 30 ist, an die Kammer 12 und somit an das Äußere der Form 20 durch den Anschluß 16 angelegt, um sicherzustellen, daß die Formhohl­ räume 26 mit Schmelze gefüllt werden. Nach Beendigung des Füllvorgangs kann der die Gießform 20 umgebende Druck erhöht werden, während der niedrige Druck im Forminneren aufrechterhalten wird, um die Güte der Formteile zu ver­ bessern und Zugspannungen in der Form zu vermindern.

Nach Beendigung des Gießvorgangs wird der Druck im Inneren und der Druck auf die Außenseite der Form 20 auf Atmosphä­ rendruck zurückgebracht. Dann wird die Kammer 12 geöffnet, und die gefüllte Gießform 20 und die Einfülleitung 40 wer­ den entnommen und getrennt, um einen weiteren Gießzyklus vorzubereiten.

Das Maß des zwischen dem oberen Teil des Einfüllkanals 22 der Gießform und der Kammer 12 aufrechterhaltenen Diffe­ renzdrucks ist in gewissem Umfang änderbar, was wesentlich von den Eigenschaften der jeweils eingesetzten Gießform abhängt. Bei einer Gießform, deren Formhohlräume durch den metallostatischen Druck im Einfüllkanal 22 der Form leicht zu füllen sind, sind also größere Unterschiede möglich als bei Formhohlräumen, die mit dieser Vorgehensweise schwerer zu füllen sind, wobei es sich bei letzteren um Formen mit sehr dünnen Formhohlräumen handelt, insbesondere, wenn sie oberhalb ihrer Anschnittverbindung mit dem Einfüllkanal 22 angeordnet sein müssen. Aber auch bei solchen schwer zu füllenden Gießformen kann die Kammer 12 während des Ein­ füllens normalerweise auf einem Druck gehalten werden, der um wenigstens 127 mmHg höher als der über den Anschluß 16 a unterhaltene Druck ist; erheblich größere Druckdifferenzen gewährleisten ein ausreichendes Ausfüllen leicht zu füllen­ der Gießformen. Die durch Entlastung der inneren relativen Druckkraft auf die Wandungen der Formhohlräume erzielten Vorteile sind sehr wesentlich.

Nach Fig. 1 ist die Gießform 20 eine hochtemperaturgebun­ dene Keramikform, wogegen nach Fig. 2 die Gießform 20 a eine niedrigtemperaturgebundene Sandform ist, die aus aneinander befestigten horizontalen Abschnitten besteht. Teile der Form 20 a, die der Form 20 von Fig. 1 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen unter Hinzufügung des Buchstabens a bezeichnet. Wegen der erzielbaren Vorteile können die For­ men dieser Figuren größer sein und eine höhere Produktions­ kapazität als bisher oder bei gleicher Kapazität überlegene Eigenschaften oder beides aufweisen. Gerade wegen der rela­ tiven Schwäche der Form 20 a von Fig. 2 ermöglicht die Er­ findung die Verwendung der Formkonstruktion nach dieser Figur, da ohne den höheren Druck in der Kammer 12 der rela­ tive Druck auf das Forminnere so hoch wäre, daß die Gefahr eines Formbruchs bestünde.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Konstruktion nach den Fig. 1 und 2 mit einer anderen Form 20 b, die als niedrigtempera­ turgebundene Sandform ausgebildet ist und zum Gießen eines großen Teils oder großer Teile dient. Dabei sind wiederum gleiche Teile wie bei der Form 20 mit denselben Bezugs­ zeichen unter Hinzufügung des Buchstabens b bezeichnet, während weitere Modifikationen einfach gestrichen sind.

Die Form 20 b ist als niedrigtemperaturgebundene Sandform besonders groß und schwierig zu füllen, da sie aus zwei aufeinandergelegten, miteinander verbundenen Hälften be­ steht. Der Einfüllkanal 22 b der Form könnte eine Welle eines Einzelteils bilden, oder die abzweigenden Formhohl­ räume 26 b könnten gesonderte Teile bilden. Die Gießform ist ein Beispiel einer besonders schwierig zu füllenden Form, da die abzweigenden Formhohlräume 26 b nicht nur zu einem großen Teil über ihren Anschnittverbindungen mit dem Ein­ füllkanal liegen, sondern auch noch über der Anschnittver­ bindung nach oben ragende dünne Rippen 49 aufweisen.

In Fällen, wie sie durch die Form 22 b gegeben sind, kann der Anschluß 16 a′ in der gezeigten Weise so abgewandelt sein, daß der Durchmesser seiner Mündung so vergrößert ist, daß diese nicht nur über dem Einfüllkanal 22 b der Form, sondern auch über den schwierig zu füllenden Teilen der Formhohlräume liegt, wobei die vergrößerte Dichtung 46′ über deren äußerste Enden hinaus verläuft. In diesem Fall können die Öffnung am Oberende des Einfüllkanals 22 der Form 20 von Fig. 1 und deren Verschluß 47 entfallen. Damit wird der niedrigere Druck im Anschluß 16 a′ durch die Ober­ seite der Form auf die schwierig zu füllenden Teile sowie auf die Oberseite des Einfüllkanals übertragen, und es braucht zur Sicherstellung des Füllens kein abnorm niedri­ ger Differenzdruck in der Kammer 12′ unterhalten zu werden.

Im Gegensatz zu den bekannten, mit dem Unterende eintau­ chenden Formen können bei der angegebenen Vorrichtung bzw. dem angegebenen Verfahren die Formen größer als der Tiegel sein und sich über die Begrenzungen der freien Metallober­ fläche im Tiegel hinaus erstrecken, wie dies bei der Form 20 b von Fig. 3 der Fall ist. Damit wird die Möglichkeit der Verwendung extrem großer Formen nicht dadurch beeinträch­ tigt, daß übergroße Öfen benötigt werden, um entsprechend große freie Schmelzespiegel zur Verfügung zu stellen.

Viele Gießmetalle sind bei zum Gießen geeigneten Tempera­ turen mit Luftsauerstoff und/oder -stickstoff reaktiv und bilden für das Gießteil schädliche Nebenprodukte. Derartige Metalle werden somit allgemein unter Luftausschluß aus der Gießmetallschmelze gegossen, während sie die reaktive Tem­ peratur aufweisen.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zum Gießen unter Luftaus­ schluß, die der Vorrichtung nach Fig. 1 zugeordnet ist (jedoch ebenso auf Fig. 2 oder 3 bezogen sein könnte). Die einzige Änderung gegenüber Fig. 1 ist die Hinzufügung eines Anschlusses 50 an eine Inertgasquelle (nicht gezeigt), so daß selektiv ein solches Gas in die Kammer 12 außerhalb der Gießform 20 einleitbar ist.

Ferner ist bei der Vorrichtung nach Fig. 4 zusätzlich ein im wesentlichen kastenförmiges Gehäuse 60 für den Tiegel 62 der Metallschmelze mit einer Oberfläche 64 vorgesehen. Das Gehäuse 60 kann auf dem Boden aufliegen, oder seine obere Wand 66 kann abnehmbar auf den Oberenden der Seitenwände über eine O-Dichtung 68 angeordnet sein (so daß das Innere vollständig zugänglich ist). Die Innenseiten der Wandungen des Gehäuses 60 können eine oder mehrere Schlangen (nicht gezeigt) für die Umwälzung von Kühlflüssigkeit, z. B. Was­ ser, aufweisen, oder es können Doppelwandungen vorgesehen sein, die voneinander beabstandet sind, so daß zwischen ihnen ein Kühlmittelkreislauf vorgesehen sein kann. Der Tiegel 62 ist in einen Block aus feuerfestem elektrischem Isolierstoff 70 eingebettet, der eine den Tiegel umgebende Induktionsheizspule 72 enthält und auf einer Unterlage (nicht gezeigt) aufliegen kann.

In der oberen Wand 66 des Gehäuses 60 ist eine Öffnung 74 in der Mitte über der Schmelzeoberfläche 64 des Tiegels 62 ausgebildet, und die Größe dieser Öffnung ist so bemessen, daß sie das Unterende des Einfüllkanals 40 der Vorrichtung nach den übrigen Figuren ungehindert aufnehmen kann. Eine ähnliche Öffnung 76 ist in der üblichen Wärmeabschirmung 78 aus Isolierstoff ausgebildet, die über dem Tiegel auf der Oberseite des Blocks 70 gehaltert ist. Eine abnehmbare Abdeckung 80 für die Öffnung 74 ist mit der oberen Wand 66 des Gehäuses um die Öffnung 74 herum über einen O-Dichtring 82 dicht angeordnet. In der Mitte der Abdeckung 80 kann eine kleine Öffnung 84 ausgebildet sein, durch die ein Thermoelement in die Schmelze zur Messung ihrer Temperatur einführbar ist. Das Gehäuse 60 hat einen Anschluß 86 an eine Differenzdruckeinheit, die das Tiegelgehäuse 60 auf ein Hochvakuum evakuieren kann, wenn das Gehäuse hermetisch verschlossen ist. Ferner ist ein Anschluß 88 an eine Inert­ gasquelle (nicht gezeigt) vorgesehen.

In der Praxis wird im Tiegel 62 unter einer im wesentlichen luftfreien Inertgasatmosphäre ein Metallschmelzevorrat vor­ gesehen (in noch zu erläuternder Weise). Der Deckel 80 wird vor Beginn des Gießvorgangs abgenommen, wobei der Eintritt von Luft in das Tiegelgehäuse durch die Öffnung 74 dadurch verhindert wird, daß ein Inertgasstrom oberhalb Atmosphä­ rendruck aufrechterhalten wird. Bei einem Inertgas wie Argon, das die mehrfache Dichte von Luft hat, oder Stick­ stoff, dessen Dichte nur minimal niedriger als die von Luft ist, kann der Gasstrom ohne weiteres so geregelt werden, daß der Eintritt von Luft in das Gehäuse 60 durch die Öff­ nung 74 verhindert wird.

Beim Gießen mit der Vorrichtung nach Fig. 4 wird die Ein­ fülleitung 40 nicht direkt unter die Schmelzeoberfläche eingeführt und die Kammer 12 dann evakuiert, sondern die Kammer 12 wird in einem Zweistufenvorgang bewegt. In der ersten Stufe wird das Ende 44 der Einfülleitung durch die Öffnung 74 eingeführt, und die Relativbewegung wird unter­ brochen, wenn das Leitungsende in die Inertgasatmosphäre über der Oberfläche 64 der Metallschmelze im Tiegel ein­ taucht. Während einer Verweilzeit in dieser Lage wird die Kammer 12 nur auf das geringe Vakuum evakuiert, das benö­ tigt wird, um im Tiegelgehäuse 60 vorhandenes Inertgas durch die Einfülleitung 40, die Form 20 und die Kammer 12 strömen zu lassen, so daß die Luft aus diesen ausgespült wird. Während dieser Stufe wird der Anschluß 50 in der Kammer 12 bevorzugt aktiviert, so daß zusätzliches Inertgas zum Ausspülen der Kammer eingeleitet wird. Auch der An­ schluß 16 a wird bevorzugt aktiviert, so daß die Form mit einem etwas niedrigeren Druck beaufschlagt wird, als er im Anschluß 16 zur Kammer 12 vorgesehen ist.

Nach kurzer Verweildauer für den genannten Zweck, die nur ca. 15 s betragen kann, wird die Kammer 12 weiterbewegt, um das Ende der Einfülleitung in die Metallschmelze unter deren Oberfläche einzutauchen bzw. in die Einfüllage zu bringen. In dieser Lage werden die Kammer 12 und die Form weiter auf das höhere Vakuum evakuiert, das zum Füllen der Form benötigt wird, wobei häufig der Anschluß 16 a aktiviert wird, um die Form mit einem niedrigeren Druck zu beauf­ schlagen als dem Druck, mit dem die Kammer 12 aus dem An­ schluß 16 beaufschlagt wird, wie dies in Verbindung mit den Fig. 1-3 erläutert wurde. Sobald das Metall ausreichend in der Form erstarrt ist, wird die Kammer 12 entgegengesetzt bewegt, um die Einfülleitung 40 durch die Öffnungen 76 und 74 herauszuziehen, so daß der Deckel 80 wieder auf die Öff­ nung 74 aufgesetzt werden kann. Der Druck in der Kammer wird durch Einleiten von Inertgas durch den Anschluß 50 erhöht, solange das Gießmetall eine reaktive Temperatur hat. Die übrigen Vorgänge entsprechen den in Verbindung mit den Fig. 1-3 erläuterten Vorgängen.

Für die Erstzuführung von Metall zum Tiegel unter einer luftfreien Schutzgasatmosphäre, was nur gelegentlich erfol­ gen muß, ist anstelle der Abdeckung 80 eine Austauschab­ deckung (nicht gezeigt) vorhanden, die undurchlässig, grö­ ßer und fester als die Abdeckung 80 und gegenüber der Eva­ kuierung des Tiegelgehäuses 60 auf Hochvakuum beständig ist. Wenn die Abdeckung 80 entfernt ist, wird durch die Öffnung 74 zu erschmelzendes Metall in den Tiegel einge­ füllt, und die Ersatzabdeckung wird lösbar hermetisch mit der oberen Wand 66 der Öffnung 74 der Gehäuseabdeckung ver­ bunden. Das Gehäuse wird durch den Anschluß 86 auf einen im wesentlichen luftfreien Zustand evakuiert, und die Induk­ tionsspule 72 wird aktiviert, um das Metall zu schmelzen. Wenn die Schmelze die Solltemperatur erreicht hat, wird das Inertgas mit dem gewünschten Druck durch den Anschluß 88 zum Gehäuse geleitet, und die Ersatzabdeckung wird abge­ nommen und die Abdeckung 80 wieder aufgebracht.

Das durch den niedrigen Druck, der sowohl das Äußere als auch das Innere der Form beaufschlagt, induzierte Spülen mit Inertgas hat sich als wesentlich wirksamer als herkömm­ liche Verfahren erwiesen, bei denen die Form nur von außen her gespült wird.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum steigenden Gießen von Metallschmelze, mit:
einer Gießform aus gasdurchlässigem Material mit darin ausgebildeten Formhohlräumen und einem Einfüllkanal, der seitlich mit weiteren Hohlräumen der Gießform in Verbindung steht und ein offenes Unterende sowie oberhalb seiner ober­ sten Verbindungsstelle mit den weiteren Hohlräumen ein Oberende aufweist;
einer hermetisch verschließbaren tragenden Kammer für die Gießform;
Mitteln zum Verbinden des offenen Unterendes des Ein­ füllkanals der in der Kammer hermetisch angeordneten Gieß­ form mit einer zu gießenden Metallschmelze; und
Druckmindervorrichtungen, die in der hermetisch dichten Kammer einen Druck erzeugen, der ausreichend niedriger als der Druck auf die Metallschmelze ist, so daß die Metall­ schmelze durch die Verbindungsmittel und den Einfüllkanal strömt und die weiteren Formhohlräume ausfüllt;
dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmindervorrichtungen Differenzdruck-Minder­ einheiten umfassen, die während des Füllens der Gießform den oberen Teil des Einfüllkanals (22) selektiv auf einem niedrigeren verminderten Druck als dem verminderten Druck in der außerhalb der Gießform (20) befindlichen tragenden Kammer (12) halten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzdruck-Mindereinheiten eine Anschlußleitung (16 a), die von ihnen ausgehend zu einem offenen Ende des Einfüllkanals (22) in der Kammer (12) verläuft, sowie Ele­ mente (46, 47) zum lösbaren hermetischen Verschließen des zur Oberseite der Gießform (20) über dem oberen Ende des Einfüllkanals (22) offenen Endes dieser Anschlußleitung (16 a) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (20) oberhalb des Einfüllkanals eine Durchgangsöffnung aufweist, die von einem für Gas, jedoch nicht für Metall durchlässigen Verschluß (47) verschlossen ist, und daß das offene Ende der Anschlußleitung (16 a) um das Oberende des Verschlusses (47) herum hermetisch dicht (46) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (47) gasdurchlässiger als der ihn umge­ bende Formkörper ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Ende der Anschlußleitung (16 a′) größer als das obere Ende des Einfüllkanals (22 b) ist, so daß nach hermetisch dichter Anbringung über letzterem das offene Ende auch über anderen Teilen der Formhohlräume liegt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberende des Einfüllkanals oberhalb der übrigen Formhohlräume liegt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (16) vorgesehen ist, die der außerhalb der Form befindlichen Kammer (12) ein anderes Gas als Luft zuführt, mit dem die Metallschmelze nicht reaktiv ist.

8. Verfahren zum steigenden Gießen von Metallschmelze in eine Form aus gasdurchlässigem Material, die in einer hermetisch dichten Kammer angeordnet ist und einen Einfüll­ kanal im Inneren aufweist, der unterhalb seines Oberendes mit seitlichen Formhohlräumen in Verbindung steht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Verbinden eines unteren Teils des Einfüllkanals mit einem Vorrat der zu gießenden Metallschmelze;
Beaufschlagen des Oberendes des Einfüllkanals mit einem ersten Druck, der ausreichend niedriger als der die Metall­ schmelze beaufschlagende Druck ist, so daß die Metall­ schmelze den Einfüllkanal füllt und gefüllt hält; und
gleichzeitiges Beaufschlagen der Kammer außerhalb der Form mit einem zweiten Druck, der höher als der erste Druck und ausreichend niedriger als der die Metallschmelze beauf­ schlagende Druck ist, um ein Füllen der übrigen Formhohl­ räume mit Metallschmelze, die aus dem Einfüllkanal zu diesen strömt, zu gewährleisten.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ausfüllen der Formhohlräume durch die Metall­ schmelze der zweite Druck erhöht wird, während der erste Druck im oberen Ende des Einfüllkanals aufrechterhalten wird und Metallschmelze in dem Einfüllkanal und den übrigen Formhohlräumen fließfähig bleibt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Druck erzeugt wird, indem die Formaußenseite oberhalb des Oberendes des Einfüllkanals an eine entspre­ chende Druckversorgung angeschlossen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Druck durch ein anderes Gas als Luft, mit dem die Metallschmelze nicht reaktiv ist, erzeugt werden.