DE4228402A1

DE4228402A1 - Zur Atmosphäre hin abgeschlossene Induktionsschmelzvorrichtung

Info

Publication number: DE4228402A1
Application number: DE4228402A
Authority: DE
Inventors: Franz Hugo; Hans Guenter Fellmann
Original assignee: Leybold Durferrit GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1994-03-03
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: JP3423364B2; GB2270145A; US5416793A; FR2695197A1; JPH06180185A; FR2695197B1; DE4228402C2; GB2270145B; GB9310917D0

Description

Die Erfindung betrifft eine zur Atmosphäre hin abge schlossene, einen Anschluß zum Verbinden mit einer Unter druckquelle oder Inertgasquelle aufweisende Induktions schmelzvorrichtung zum Schmelzen von reaktiven Metallen mit hohem Schmelzpunkt, welche einen von einer Indukti onsspule umschlungenen, nicht ausgekleideten Schmelztie gel aus Metall und eine unterhalb des Schmelztiegels un terhalb eines Auslasses angeordnete Gießform aufweist.

Eine solche Induktionsschmelzvorrichtung ist beispiels weise in der US-A-5,121,406 beschrieben. Bei ihr sind der Schmelztiegel und die Gießform untereinander in einer re lativ großvolumigen Kammer angeordnet, damit beim Schmel zen und Füllen der Gießform Luft von der Metallschmelze ferngehalten werden kann.

Der Schmelztiegel ist als sogenannter "kalter Induktions tiegel" ausgebildet und hat eine aus einzelnen Palisaden gebildete Tiegelwand. Die Palisaden bestehen üblicher weise aus Kupfer und sind wassergekühlt. Eine typische Ausführungsform eines solchen "kalten Induktionstiegels" ist in der US-A-4,738,713 beschrieben. Auch in dieser Schrift ist angeführt, daß zur Durchführung des Um schmelz- und Gießvorganges der Induktionstiegel und die Gießform in einer luftdichten Kammer angeordnet sein müs sen.

Durch die erforderliche Kammer zum Fernhalten der Luft werden die bekannten Induktionsschmelzvorrichtungen rela tiv großvolumig und teuer in ihrer Herstellung. Weiterhin muß zum Erzeugen eines Vakuums eine verhältnismäßig große Luftmenge aus der Kammer abgesaugt werden, so daß ent sprechend große Vakuumpumpen erforderlich sind und be trächtliche Zeit benötigt wird, bis nach einem Verschlie ßen der Kammer das notwendige Vakuum erzeugt ist.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Indukti onsschmelzvorrichtung der eingangs genannten Art so aus zubilden, daß sie möglichst kompakt baut, kostengünstig herstellbar ist und bei der Durchführung des Umschmelz- und Gießvorganges möglichst kurze Nebenzeiten erfordert.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schmelztiegel einen diesen hermetisch verschließenden Deckel und einen nach unten gerichteten, mantelförmigen Fortsatz aufweist, in welchem die Gießform zur Innenman telfläche des Fortsatzes dichtend angeordnet ist.

Durch diese Gestaltung kann man auf die den Schmelztiegel und die Gießform umgebende Kammer gänzlich verzichten. Durch den Deckel und die abgedichtete Anordnung der Gieß form im Fortsatz des Schmelztiegels wird es möglich, das Innere des Schmelztiegels und die Gießform zu evakuieren oder mit einem Inertgas zu beaufschlagen, wobei der Schmelztiegel die Vakuumkammer bildet. Dadurch baut die Induktionsschmelzvorrichtung wesentlich kompakter als vergleichbare Vorrichtungen. Außerdem ist sie rascher be triebsbereit, weil nur ein relativ kleines Volumen zu evakuieren ist. Hinzu kommt, daß die einzelnen Teile der Vorrichtung wegen des Fehlens einer diese umschließenden Kammer besser zugänglich sind, was für die Handhabung und Wartung der Vorrichtung vorteilhaft ist.

Wenn man in einem Schmelztiegel kleinere Metallmengen um schmelzen will, dann kann man durch die von der Indukti onsspule erzeugten Magnetkräfte erreichen, daß die Schmelze in einen Schwebezustand gelangt und die Wandung des Schmelztiegels nicht berührt. Dieses vorteilhafte "Schwebeschmelzen" kann man auch bei Metallmengen von mehreren hundert Gramm noch verwirklichen, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Schmelztiegel einen zu seinem Auslaß hin abfallenden, trichterförmigen Boden hat. Durch einen solchen Boden er geben sich nach oben gerichtete Kraftkomponenten der von der Induktionsspule erzeugten Magnetkräfte, die zu einem Abheben der Schmelze vom Boden führen.

Bei größeren Schmelzöfen, welche nicht nach dem Schwebe schmelzprinzip zu arbeiten vermögen, tritt nach dem Ab kühlen des Schmelztiegels das Problem der Entfernung des Skulls aus dem Schmelztiegel auf. Dieser kann sehr ein fach aus ihm herausgezogen werden, wenn der Schmelztiegel eine sich nach oben hin geringfügig im Durchmesser erwei ternde Mantelfläche hat.

Eine ganz besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfin dung besteht darin, daß die Gießform höhenverfahrbar im Fortsatz angeordnet ist. Hierdurch wird es möglich, die Gießform vor dem Gießen in einem unteren Bereich des Fortsatzes bereitzuhalten, wo sie sich von ihrem Boden nach oben hin zunehmend erwärmt. Es kommt dadurch nach dem Hochfahren der Gießform bei ihrem Füllen zu einer ge richteten Erstarrung, was die Qualität des Gußteiles be trächtlich erhöht.

Besonders einfach ist die Verfahrbarkeit der Gießform in dem Fortsatz zu verwirklichen, wenn sie auf einem in den Fortsatz ragenden, höhenverfahrbaren Stempel angeordnet ist.

Bei größeren Schmelzmengen läßt es sich nicht mehr errei chen, daß die Schmelze durch Magnetkräfte und ihre Ober flächenspannung oberhalb des Auslasses des Schmelztiegels verbleibt. Ein Ausfließen kann bis zum gewünschten Zeit punkt des Füllens der Gießform auf einfache Weise dadurch verhindert werden, daß im Auslaß des Tiegels ein durch eine zusätzliche Heizung oder durch Abschalten einer für ihn vorgesehenen Kühlung wegschmelzbarer Stopfen angeord net ist.

Möglich ist es jedoch auch, bei größeren Schmelzmengen ein vorzeitiges Ausfließen der Schmelze dadurch zu ver hindern, daß die Gießform einen Anschluß zum Verbinden ihres Innenraumes mit Vakuum oder Überdruck aufweist. Hierdurch wird es möglich, während des Schmelzvorganges die Schmelze durch Überdruck in der Gießform und dadurch auch am Auslaß des Schmelztiegels daran zu hindern, durch den Auslaß aus dem Schmelztiegel heraus zu fließen. Beim Gießen muß man dann den Überdruck abbauen und statt dessen Vakuum erzeugen. Natürlich kann man auch zum Gießen Über druck oberhalb des Schmelztiegels vorsehen, was sehr rasch erfolgen kann, da das Volumen im Schmelztiegel oberhalb des Schmelzenspiegels klein ist.

Zur weiteren Vereinfachung der Vorrichtung trägt es bei, wenn der Deckel den Anschluß zum Verbinden mit Vakuum oder Inertgas aufweist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind eine da von und ein abgewandeltes Detail schematisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Induk tionsschmelzvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teilbereich einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Induktions schmelzvorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Induktionsschmelzvorrichtung hat einen Schmelztiegel 1 aus vorzugsweise Kupfer, wel cher keine Auskleidung besitzt und einen Schmelztiegel raum 2 bildet. Nicht dargestellt ist, daß die Wand des Schmelztiegels im Bereich des Schmelztiegelraumes 2 aus einzelnen, wassergekühlten Palisaden besteht und in die ser Hinsicht genau wie der gemäß der US-A-4,738,713 aus gebildet ist.

Wichtig für die Erfindung ist, daß der Schmelztiegel 1 einen diesen hermetisch verschließenden Deckel 3 hat, welcher unter Zwischenschaltung einer Dichtung 4 von oben her abnehmbar auf dem Schmelztiegel 1 aufsitzt. Dieser Deckel 3 hat einen Anschluß 5, an dem eine Unterdruck quelle 6 oder eine Inertgasquelle angeschlossen werden kann.

Nach unten hin hat der Schmelztiegel 1 einen im Regelfall zylindrischen Fortsatz 7, welcher von einer Wasserkühlung 8 umschlossen ist. Innerhalb dieses Fortsatzes 7 ist eine Gießform 9 mittels eines Stempels 10 höhenverfahrbar an geordnet. Wichtig ist dabei, daß diese Gießform 9 durch eine umlaufende Dichtung 11 zur Innenmantelfläche des Fortsatzes 7 hin abgedichtet ist. Die Gießform 9 hat einen Innenraum 12, der die Negativform des zu erzeu genden Gußteiles darstellt und bei größeren Indukti onsschmelzvorrichtungen über einen Anschluß 13 mit Unter druck oder Überdruck verbindbar ist.

Der Schmelztiegel 1 hat einen Boden 14, der zu einem mit tigen Auslaß 15 hin abfällt, was bei dieser Ausführungs form durch eine Kugelkalottenform erreicht wird. Der Bo den 14 könnte jedoch auch kegelförmig ausgebildet sein. Der Boden 14 geht in eine Innenmantelfläche 16 über, die sich nach oben zum Deckel 3 hin konisch erweitert. Zum Beheizen des Schmelztiegels 1 dient eine übliche Indukti onsspule 17.

Das zu schmelzende und gießende Metall wird nach Abnehmen des Deckels 3 in den Schmelztiegelraum 2 eingebracht. Nach dem Schließen des Deckels 3 wird der Schmelztiegel raum 2 und dadurch auch der Innenraum 12 der Gießform 9 evakuiert. Alternativ ist es auch möglich, den Deckel 3 mit einer Schleuse zu versehen, so daß er nicht abgenom men werden muß und ein Vakuum im Inneren der Induktions schmelzvorrichtung beim Chargieren erhalten bleibt.

Durch die Bestromung der Induktionsspule 17 entstehen so starke Magnetkräfte, daß die entstehende Schmelze die In nenmantelfläche 16 und den Boden 14 des Schmelztiegels 1 nicht berührt. Dadurch läuft auch keine Schmelze durch den Auslaß 15 nach unten. Während des Schmelzvorganges befindet sich die Gießform 9 in einer abgesenkten Posi tion innerhalb des Fortsatzes 7. Sie erwärmt sich dadurch im oberen Bereich mehr als im unteren. Soll der Gießvor gang beginnen, dann fährt man sie mittels des Stempels 10 so weit nach oben, daß sie gegen den Auslaß 15 gelangt. Schaltet man den Strom der Induktionsspule 17 ab, dann brechen auch die die Schmelze in der Schwebe haltenden Magnetkräfte zusammen. Die Schmelze vermag deshalb durch den Auslaß 15 in den Innenraum 12 zu fließen und damit die Gießform 9 zu füllen.

Die Fig. 2 zeigt, daß der Auslaß 15 auch durch einen Stopfen 18 verschlossen sein kann. Bei dieser Ausfüh rungsform ist um den Auslaß 15 herum im Bereich des Stop fens 18 eine Kühlung 19 vorgesehen, welche mit Wasser ar beitet. Solange die Kühlung 19 in Betrieb ist, ver schließt der Stopfen 18 den Auslaß 15. Schaltet man die Kühlung 19 ab, dann wird der Stopfen 18 so warm, daß er wegschmilzt und dadurch den Auslaß 15 freigibt, so daß die Schmelze in die Gießform 9 fließen kann.

Möglich ist es natürlich auch, den Stopfen 18 aus einem Material herzustellen, welches den auftretenden Tempera turen standhält. Dann muß man anstelle der Kühlung 19 eine Heizung vorsehen, bei der es sich um eine Indukti onsspule handeln kann, die genau wie die Kühlung anzuord nen ist. Soll ein solcher Stopfen 18 abschmelzen, dann muß man diese Heizung einschalten.

Bezugszeichenliste

1 Schmelztiegel
2 Schmelztiegelraum
3 Deckel
4 Dichtung
5 Anschluß
6 Unterdruckquelle
7 Fortsatz
8 Wasserkühlung
9 Gießform
10 Stempel
11 Dichtung
12 Innenraum
13 Anschluß
14 Boden
15 Auslaß
16 Innenmantelfläche
17 Induktionsspule
18 Stopfen
19 Kühlung

Claims

1. Zur Atmosphäre hin abgeschlossene, einen Anschluß zum Verbinden mit einer Unterdruckquelle oder Inertgasquelle aufweisende Induktionsschmelzvorrichtung zum Schmelzen von reaktiven Metallen mit hohem Schmelzpunkt, welche einen von einer Induktionsspule umschlungenen, nicht aus gekleideten Schmelztiegel aus Metall und eine unterhalb des Schmelztiegels unterhalb eines Auslasses angeordnete Gießform aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel (1) einen diesen hermetisch verschließenden Deckel (3) und einen nach unten gerichteten, mantelförmi gen Fortsatz (7) aufweist, in welchem die Gießform (9) zur Innenmantelfläche des Fortsatzes (7) dichtend ange ordnet ist.

2. Induktionsschmelzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel (1) einen zu seinem Auslaß (15) hin abfallenden, trichterförmigen Boden (14) hat.

3. Induktionsschmelzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel (1) eine sich nach oben hin geringfügig im Durchmesser erwei ternde Mantelfläche (16) hat.

4. Induktionsschmelzvorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (9) höhenverfahrbar im Fortsatz (7) angeordnet ist.

5. Induktionsschmelzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (9) auf einem in den Fortsatz (7) ragenden, höhenverfahrbaren Stempel (10) an geordnet ist.

6. Induktionsschmelzvorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Auslaß (15) des Schmelztiegels (1) ein durch eine zusätz liche Heizung oder durch Abschalten einer für ihn vorge sehenen Kühlung wegschmelzbarer Stopfen angeordnet ist.

7. Induktionsschmelzvorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (9) einen Anschluß (13) zum Verbinden ihres In nenraumes (12) mit Vakuum oder Überdruck aufweist.

8. Induktionsschmelzvorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (3) den Anschluß (5) zum Verbinden mit der Unter druckquelle (6) oder Inertgas aufweist.