Technisches Gebiet
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Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gießen von aus
einem Speicher für Metallschmelze angesaugter Metallschmelze
in einen unter einem verminderten Druck gehaltenen Hohlraum
durch Öffnen eines Eingusses, der die Verbindung zwischen
dem Speicher für Metallschmelze und dem Hohlraum sperrt.
Stand der Technik
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Vakuumgießen kann das Einschließen von Luft in einer
Metallschmelze unterdrücken und erlaubt daher den Erhalt eines
Gusses hoher Qualität mit weniger Gußfehlern wie offenen
Vertiefungen, Lunkern und Mikroporosität. Ein Beispiel für
eine derartige Vorrichtung ist in der japanischen
Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 3-31058 offenbart. Fig. 16
zeigt die in dieser Veröffentlichung offenbarte Vorrichtung.
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Diese Vorrichtung umfaßt einen in einer Gußform 1
ausgebildeten Hohlraum 2 und eine Absaugpumpe 4 zur Verringerung des
Drucks in dem Hohlraum 2. Der Hohlraum 2 kann über einen
Durchlaß 10 für Metallschmelze mit einem Behälter 8 für
Metallschmelze in Verbindung stehen, in dem eine durch
Erhitzen geschmolzene Metallschmelze 6 gespeichert ist. An
einem Gießloch 2a des Hohlraums 2 befindet sich ein Einguß
mechanismus 12 zum Öffnen und Schließen der Verbindung
zwischen dem Durchlaß 10 für Metallschmelze und dem Hohlraum
2. Der Eingußmechanismus 12 weist einen inneren axialen
Durchlaß 12b auf, der mit einer druckmindernden Pumpe 20 in
Verbindung steht. Der Durchlaß 12b weist ein Ende auf, das
mit dem Durchlaß 10 für Metallschmelze über einen Auslaß 12a
an einer Position in Verbindung steht, die näher an dem
Behälter 8 für Metallschmelze als der Eingußmechanismus 12
liegt.
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In einem mittleren Abschnitt des Durchlasses 10 für
Metallschmelze befindet sich ein Speicher 14 für Metallschmelze
mit einem vorbestimmten Volumen, der näher an dem Behälter 8
für Metallschmelze gelegen ist als der Eingußmechanismus 12.
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Bei dieser Vorrichtung wird Metallschmelze auf die
nachstehende Weise in den Hohlraum 2 eingeleitet.
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Zuerst wird in einem Zustand, bei dem das Gießloch 2a durch
den Eingußmechanismus 12 geschlossen gehalten wird, der
Druck in dem Hohlraum 2 durch Betätigung der Absaugpumpe 4
vermindert. Dabei wird auch die druckmindernde Pumpe 20 in
Betrieb gesetzt, um in dem Speicher 14 für Metallschmelze
und in dem Durchlaß 10 für Metallschmelze einen Unterdruck
zu erzeugen, woraufhin die in dem Behälter 8 für
Metallschmelze gespeicherte Metallschmelze 6 an die Position des
Endes des Eingußmechanismus 12 hochgesaugt wird. Das heißt,
daß die Metallschmelze 6 vorläufig in dem Speicher 14 für
Metallschmelze und dem Durchlaß 10 für Metallschmelze
gespeichert wird.
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In diesem Zustand wird der Eingußmechanismus 12 geöffnet,
woraufhin die in dem Speicher 14 für Metallschmelze und dem
Durchlaß 10 für Metallschmelze gespeicherte Metallschmelze 6
angesaugt wird und den Hohlraum 2 füllt.
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Bei der vorstehend genannten Gießvorrichtung nach dem Stand
der Technik ist jedoch das Niveau (bzw. die Höhe) der
Oberseite des Speichers 14 für Metallschmelze niedriger als
das Niveau der Öffnungs-/Schließposition des
Eingußrnechanismus 12. Wird die in dem Speicher 14 für Metallschmelze und
dem Durchlaß 10 für Metallschmelze gespeicherte
Metallschmelze 6 schnell in den Hohlraum 2 eingesaugt, werden
daher Gas und Fremdstoffe, die in einem oberen Abschnitt des
Speichers 14 für Metallschmelze treiben, mit der
Metallschmelze 6 in den Hohlraum 2 hineingetragen. Gas, das einmal
in den Hohlraum 2 eingesaugt worden ist, kann selbst durch
Einstellen eines Hochvakuumzustands in dem Hohlraum 2 nicht
entfernt werden und ruft somit ein fehlerhaftes Produkt
hervor.
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In der japanischen Patentschrift Nr. 59-9263 ist eine
Vorrichtung zum Vakuumgießen offenbart, die eine mit einem
Speicher für Metallschmelze in Verbindung stehende, schräge
Gießkammer nutzt, die durch eine Kolbenkammer zwischen einem
darin angeordneten oberen und einem unteren Tauchkolben
vorbereitend auf die Einleitung der Metallschmelze in den
Formhohlraum bereitgestellt wird. In der Metallschmelze in
dem Speicher kann leicht Gas eingeschlossen werden. Auch
neigt zurückbleibende Metallschmelze dazu, in dem Speicher
zu erstarren.
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In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2-155557
ist eine Vorrichtung zum Vakuumgießen offenbart, die
angrenzend an einen Eingußmechanismus des Formhohlraums einen
Speicher für Metallschmelze aufweist, um in der
Metallschmelze mitgerissenes Gas aufzunehmen. Wird der
Formhohlraum evakuiert und der Einguß geöffnet, kann das Gas in dem
Speicher jedoch unter stärkeren Saugbedingungen mit der
Metallschmelze in den Hohlraum gesaugt werden.
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In der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr.
3-68955 ist eine Vorrichtung zum Vakuumgießen offenbart, die
einen Speicher für Metallschmelze aufweist, der mit einem
Eingußmechanismus in Verbindung steht, der den Zugang zu dem
Formhohlraum über einen Durchlaß für Metallschmelze steuert.
Jedoch können sich in der Metallschmelze befindliches Gas
und Fremdstoffe in einem an den Eingußmechanismus
angrenzenden Raum sammeln, so daß sie beim Öffnen des
Eingußmechanismus in den Formhohlraum eingesaugt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung ist der Entwicklung einer Technik zuzuordnen,
die ein Einsaugen von in dem Speicher für Metallschmelze
treibendern Gas und Fremdstoffen in den Hohlraum verhindert,
wenn Metallschmelze dort hinein eingesaugt wird.
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Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Vakuumgießen gemäß
Patentanspruch 1 bereit.
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Vorzugsweise weist die Eingußeinrichtung einen inneren
Hohlraum auf, der den Speicher für Metallschmelze bildet.
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Bei der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung wird, während
Metallschmelze in dem Speicher für Metallschmelze
gespeichert ist, vor dem Einsaugen von Netallschmelze in den
Hohlraum ein Schritt ausgeführt, bei dem Gas oder
Fremdstoffe in den Aufnahmeraum aufgenommen werden, der an einer
Position gelegen ist, von der aus das Gas oder die
Fremdstoffe nicht in den Hohlraum gesaugt werden. Durch ein
derartiges Verfahren kann somit das Einsaugen von Gas oder
Fremdstoffen in den Hohlraum wirksam unterdrückt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 ist eine Schnittansicht der wesentlichen Teile einer
Gießvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung;
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Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines bei der
Gießvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendeten
Schieberkopfes;
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Fig. 3(A) bis 3(C) sind schematische Ansichten eines bei der
Gießvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendeten
Speisemechanismus für Metallschmelze;
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Fig. 4 ist eine die Arbeitsweise der Gießvorrichtung gemäß
der ersten Ausführungsform darstellende Schnittansicht;
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Fig. 5 ist eine die Arbeitsweise der Gießvorrichtung gemäß
der ersten Ausführungsform darstellende Schnittansicht;
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Fig. 6 ist eine die Arbeitsweise der Gießvorrichtung gemäß
der ersten Ausführungsform darstellende Schnittansicht;
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Fig. 7 ist eine die Arbeitsweise der Gießvorrichtung gemäß
der ersten Ausführungsform darstellende Schnittansicht;
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Fig. 8 ist eine Teuschnittansicht, welche die
Niveaubeziehung (bzw. Höhenbeziehung) zwischen dem Hohlraum und dem
Schieberkopf darstellt;
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Fig. 9 ist ein Schaubild, in dem der Zustand der
Lunkerbildung (infolge von Gasblasen) bei dem mit der
erfindungsgemäßen Gießvorrichtung erhaltenen Guß und derjenige bei dem
mit der Gießvorrichtung nach dem Stand der Technik
erhaltenen Guß verglichen sind;
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Fig. 10 ist eine Schnittansicht der wesentlichen Teile einer
Gießvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung;
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Fig. 11 zeigt in einem vergrößerten Maßstab eine
Schnittansicht eines bei der Gießvorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform verwendeten Schieberkopfes;
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Fig. 12 ist eine die Arbeitsweise der Gießvorrichtung gemäß
der zweiten Ausführungsform darstellende Schnittansicht;
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Fig. 13 ist eine die Arbeitsweise der Gießvorrichtung gemäß
der zweiten Ausführungsform darstellende Schnittansicht;
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Fig. 14 ist eine die Arbeitsweise der Gießvorrichtung gemäß
der zweiten Ausführungsform darstellende Schnittansicht;
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Fig. 15 ist eine die Arbeitsweise der Gießvorrichtung gemäß
der zweiten Ausführungsform darstellende Schnittansicht; und
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Fig. 16 ist eine Schnittansicht einer Gießvorrichtung nach
dem Stand der Technik.
Beste Ausführungsart der Erfindung
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Es wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Fig. 1 ist eine Schnittansicht der wesentlichen Teile einer
Gießvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform. Diese
Gießvorrichtung umfaßt eine Gußform 50 mit einer oberen Form 52 und
einer unteren Form 54. Jn der Gußform 50 bilden obere und
untere Form 52 und 54 im gekoppelten Zustand einen zentralen
Hohlraum 56. Der Hohlraum 56 weist ein über einen
Wallabschnitt 56b ausgebildetes zentrales Gießloch 56a auf. An
dem Gießloch 56a steht der Hohlraum 56 mit einem Durchlaß 58
für Metallschmelze in Verbindung.
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Der Durchlaß 58 für Metallschmelze besteht aus einem in der
Mitte der unteren Form 54 ausgebildeten Durchlaß 58a und
einem zylinderförmigen Hohistiel 58b, der mit der unteren
Fläche der unteren Form 54 auf eine derartige Weise
verbunden ist, daß er mit dem Durchlaß 58a in Verbindung steht.
Während des Gießens ist das freie Ende des Hohlstiels 58b in
eine geschmolzene Aluminiumlegierung 62 (nachstehend als
Metallschmelze 62 bezeichnet) eingetaucht, die in einem
Schmelzofen 60 gespeichert ist. Zwischen den gekoppelten
Flächen der unteren Form 54 und des Hohlstiels 58b befindet
sich ein O-Ring 64 aus wärmebeständigem Gummi, um die
Dichtheit des Durchlasses 58 für Metallschmelze zu
gewährleisten. Der Schmelzofen 60 dient als ein Behälter für
Metallschmelze zum Speichern von Metallschmelze. Mit 61 ist
eine Heizeinrichtung zum thermischen Schmelzen von Metall
bezeichnet.
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An der Grenzfläche zwischen dem Gießloch 56a des Hohlraums
56 und dem Durchlaß 58 für Metallschmelze befindet sich ein
Eingußmechanismus 70 zum Öffnen und Schließen des Gießlochs
56a. Der Eingußmechanismus 70 umfaßt einen zylinderförmigen,
an der Oberseite geschlossenen Schieberkopf 70a und ein
hohles Verbindungselement 70b, das den Schieberkopf 70a und
einen (nicht dargestellten) Bewegungsmechanismus verbindet.
Der Schieberkopf 70a ist derart in einem in der oberen Form
52 ausgebildeten zentralen axialen Loch 52a aufgenommen, daß
er im wesentlichen in enger Berührung mit der Wandfläche des
Lochs 52a steht. Der Schieberkopf 70a kann bei Betätigung
des Bewegungsmechanismus vertikal durch das Loch 52a
hindurch verschoben werden.
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Wird der Schieberkopf 70a bei Betätigung des
Bewegungsmechanismus so abgesenkt, daß seine Endfläche in Berührung mit
der Oberfläche der unteren Form 54 kommt, wird das Gießloch
56a des Hohlraums 56 durch die Außenfläche des
Schieberkopfes 70a geschlossen. Dabei steht der Innenraum des
Schieberkopfes 70a mit dem Durchlaß 58 für Metallschmelze in
Verbindung.
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Wird der Schieberkopf 70a angehoben, so daß seine Endfläche
von der Oberfläche der unteren Form 54 getrennt wird, wird
das Gießloch 56a des Hohlraums 56 geöffnet. Infolgedessen
steht der Innenraum des Schieberkopfes 70a sowohl mit dem
Durchlaß 58 für Metallschmelze als auch mit dem Hohlraum 56
in Verbindung. Zwischen der Außenfläche des Schieberkopfes
70a und der Innenwandfläche des Lochs 52a der oberen Form 52
befindet sich ein O-Ring 72 aus wärmebeständigem Gummi, um
eine Verschlechterung der Abdichtung aufgrund einer
vertikalen reibenden Bewegung des Schieberkopfes 70a zu verhindern.
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Wie in der vergrößerten Schnittansicht in Fig. 2 zu sehen
ist, weist der Schieberkopf 70a eine Wärmedämmschicht 70e
auf, die mittels Aufspritzen eines keramischen Materials auf
die Innenwandfläche von dessen zylinderförmigen Teil (mit
einem Innendurchmesser von 80 mm und einer Höhe von 220 mm)
ausgebildet wird. Seine Deckwand weist einen zentralen
gesinterten Auslaß 70d auf, der nicht die Metallschmelze 62,
sondern nur Gas hindurchläßt.
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An der Mitte der Deckfläche (d.h. der Wandfläche) des
Schieberkopfes 70a ist das untere Ende des zylinderförmigen
Verbindungselements 70b angeschlossen, das den Schieberkopf
70a mit dem vorstehend genannten Bewegungsrnechanismus
verbindet. Der Dorn 70b liegt, wie in den Figuren 2 und 3
gezeigt ist, zum Schieberkopf 70a zentrisch und weist einen
inneren axialen Absaugdurchlaß 70c auf, der über den
durchlässigen gesinterten Auslaß 70d mit dem Inneren des
Schieberkopfes 70a in Verbindung steht. Das obere Ende des
Absaugdurchlasses 70c ist mit einer (nicht dargestellten)
druckmindernden Einheit verbunden. Wenn die druckrnindernde
Einheit betrieben wird, während das Gießloch 56a des
Hohlraums 56 durch den Schieberkopf 70a geschlossen ist, wird in
dem Durchlaß 58 für Metallschmelze ein Unterdruck erzeugt,
woraufhin die in dem Schmelzofen 60 gespeicherte
Metallschmelze 62 durch den Hohlstiel 58b hindurch in den
Schieberkopf 70a gesaugt wird. Das Ausmaß der Druckminderung in
dem Hohlstiel 58b ist auf etwa 400 mm Hg (5,322×10&sup4; Pa)
eingestellt.
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Innerhalb des Schieberkopfes 70a ist, wie in Fig. 3(A)
gezeigt ist, an einer vorbestimmten Position ein
Temperaturmeßfühler 74 für Metallschmelze angeordnet. Das
Ausgangssignal des Temperaturmeßfühlers 74 für Metallschmelze wird
in eine Steuerung 76 eingegeben. In der Steuerung 76 wird
die von dem Temperaturmeßfühler 74 für Metallschmelze
erfaßte Temperatur mit einer Bezugstemperatur verglichen
(die niedriger als die Temperatur der Metallschmelze
eingestellt ist). Falls die erfaßte Temperatur oberhalb der
Bezugstemperatur liegt, wird entschieden, daß die Metall
schmelze 62 die Position des Temperaturmeßfühlers 74 für
Metallschmelze erreicht hat. Ist die Position des
Temperaturmeßfühlers 74 für Metallschmelze von der Metallschmelze
62 erreicht worden, gibt die Steuerung 76 ein Signal zum
Schließen eines auf dem Absaugdurchlaß 70c befindlichen
Ventils 80 aus. Wird der Absaugdurchlaß 70c durch das Ventil
80 geschlossen, wird das Ansaugen der Metallschmelze 62
durch den Hohlstiel 58b hindurch selbst dann beendet, wenn
die druckmindernde Einheit in Betrieb ist, wodurch das
Niveau der Metallschmelze in dem Schieberkopf 70a, wie in
Fig. 3(C) gezeigt ist, an der Position des
Temperaturmeßfühlers 74 für Metallschmelze gehalten wird.
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Die Position des Ternperaturmeßfühlers 74 für Metallschmelze
wird derart eingestellt, daß die Hitze der Metallschmelze,
wie in Fig. 2 gezeigt ist, in einem für die höchste Stelle
der Metallschmelze angemessenen Abstand bleibt. Der
angemessene Abstand der höchsten Stelle der Metallschmelze ist
dergestalt, daß die in dem Schieberkopf 70a gespeicherte
Metallschmelze 62 den gesinterten Auslaß 70d nicht berührt
sowie die über die in den Hohlraum 56 zu füllende Menge
hinausgehende Metallschmelze 62 auf einem höheren Niveau als
das des Hohlraums 56 gespeichert werden kann. Genauer ist
auf einem höheren Niveau als das Niveau des oberen Endes des
durch den Eingußmechanismus 70 zu öffnenden und zu
schließenden Gießlochs 56a ein über das Hohlraumvolumen
hinausgehendes Volumen gewährleistet.
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Bei auf diese Weise im angemessenen Abstand gehaltener
höchster Stelle der Metallschmelze berührt die
Metallschmelze 62 den gesinterten Auslaß 70d nicht und besteht
somit keine Möglichkeit, daß der gesinterte Auslaß 70d
verstopft wird. Dieser Zustand des Inneren des Schieber
kopfes 70a ist in Fig. 8 dargestellt.
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Daraus geht hervor, daß der Innenraum des Schieberkopfes 70a
als ein Speicher für Metallschmelze dient und daß der
Absaugdurchlaß 70c, die druckmindernde Einheit, der
Temperaturmeßfühler 74 für Metallschmelze, die Steuerung 76 und
das ventil 80 einen Zuführmechanismus für Metallschmelze zum
Zuführen von Metallschmelze zu dem Speicher für
Metallschmelze bilden.
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Bei dem Zuführmechanismus für Metallschmelze gemäß dieser
Ausführungsform wird die Metallschmelze 62 dem Schieberkopf
70a durch Ansaugen zugeführt. Dies ist jedoch keinesfalls
einschränkend, und es ist möglich, die Metallschmelze 62 in
dem Schmelzofen 60 unter Druck zu setzen und dem Innenraum
des Schieberkopfes 70a zuzuführen, wie ausführlich im
Zusammenhang mit einer zweiten Ausführungsform beschrieben
wird.
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Wie in Fig. 1 gezeigt ist, steht der Hohlraum 56 über einen
zwischen den gekoppelten Flächen der oberen und unteren Form
52 und 54 ausgebildeten Spalt 53 mit einem in der oberen
Form 52 ausgebildeten Druckminderungsdurchlaß 52c in
Verbindung. Der Druckminderungsdurchlaß 52c ist mit einer (nicht
dargestellten) Absaugpumpe verbunden. Zwischen den
Kopplungsflächen der oberen und unteren Form 52 und 54 befindet
sich angrenzend an deren Kante ein O-Ring 53a aus
wärmebeständigem Gummi, um zwischen dem Hohlraum 56 und der
Außenseite der Gußform 50 Dichtheit zu gewährleisten.
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Bei dieser Anordnung wird, wenn die Absaugpumpe bei durch
den Eingußmechanismus 70 geschlossen gehaltenem Gießloch 56a
in Betrieb gesetzt wird, der Druck in dem Hohlraum 56 auf
einem vorbestimmten Druck (unter 20 Torr (2,666×10³ Pa))
vermindert.
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Oberhalb des Hohlraums 56 befindet sich ein Druckkolben 52d,
um die in den Hohlraum 56 eingefüllte Metallschmelze 62
unter Druck zu setzen. Der Druckkolben 52d kann vertikal
entlang eines in der oberen Form 52 ausgebildeten Zylinders
52e gleiten und wird von einem (nicht dargestellten)
Kolbenantriebsmechanismus betätigt. Der von dem Druckkolben 52d
ausgeübte Druck ist auf 200 bis 1000 kg/cm² (1,96×10&sup7; bis
9,8×10&sup7; Pa) eingestellt.
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Der Druckminderungsdurchlaß 52c und die Absaugpumpe bilden
eine druckmindernde Einrichtung zur Verringerung des Drucks
in dem Hohlraum.
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Die Arbeitsweise dieser Gießvorrichtung wird nun unter
Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 8 beschrieben.
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Als erstes wird in einem Zustand, bei dem wie in Fig. 4
gezeigt das Gießloch 56a des Hohlraums 56 durch den
Eingußmechanismus 70 geschlossen gehalten wird, zur Verringerung
des Drucks in dem Hohlraum 56 die Absaugpumpe in Betrieb
gesetzt.
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In der Zwischenzeit wird zur Verringerung des Drucks in dem
Durchlaß 58 für Metallschmelze und dem Schieberkopf 70a die
druckmindernde Einheit in Betrieb gesetzt, woraufhin auf
diese Weise die in dem Schmelzofen 60 gespeicherte
Metallschmelze 62 durch den Hohlstiel 58b hindurch in den
Schieberkopf 70a gesaugt wird. Dabei arbeiten der
Temperaturmeßfühler 74 für Metallschmelze, die Steuerung 76 und das
Ventil 80 so, daß das höchste Niveau der in den Schieberkopf
70a gesaugten Metallschmelze 62 wie vorstehend angegeben im
angemessenen Abstand gehalten wird. Das heißt, daß die in
dem Schieberkopf 70a gespeicherte Metallschmelze 62 den
gesinterten Auslaß 70d nicht berührt, wobei die über die in
den Hohlraum 56 zu füllende Menge hinausgehende
Metallschmelze 62 auf einem höheren Niveau als das Niveau des
Hohlraums 56 (genauer die Höhe des oberen Endes des
Gießlochs 56a) gespeichert wird.
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In diesem Zustand wird der Eingußmechanismus 70 dann
angehoben, um das Gießloch 56a des Hohlraums 56, wie in Fig. 6
gezeigt ist, zu öffnen, woraufhin die in dem Durchlaß 58 für
Metallschmelze und dem Schieberkopf 70a gespeicherte
Metallschmelze 62 schnell in den Hohlraum 56 gesaugt wird.
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Falls die Metallschmelze dabei langsam in den Hohlraum 56
gesaugt wird, wird die höchste Stelle der Metallschmelze in
dem Schieberkopf 70a nicht wesentlich gesenkt, da die dem
Hohlraum 56 zugeführte Metallschrnelze durch den Hohlstiel
58b hindurch aus dem Schmelzofen 60 gesaugt wird. Wenn die
Metallschmelze jedoch wie bei der Gießvorrichtung gemäß
dieser Ausführungsform schnell angesaugt wird, ist die Menge
der durch den Durchlaß 58 für Metallschmelze hindurch
eingespeisten Metallschmelze unzureichend. Diese
unzureichende Menge wird von der in dem Schieberkopf 70a
gespeicherten Metallschmelze ausgeglichen. Daher wird die höchste
Stelle der Metallschmelze in dem Schieberkopf 70a gesenkt.
Allerdings wird die über die in den Hohlraum 56 zu füllende
Menge hinausgehende Metallschmelze 62 in einem auf einem
höherem Niveau befindlichen Abschnitt des Schieberkopfes 70a
gespeichert als das Gießloch 56a des Hohlraums 56. Aus
diesem Grund wird bei der Zuführung der in dem Schieberkopf
70a gespeicherten Metallschmelze zu dem Hohlraum 56 die
höchste Stelle der Metallschmelze in dem Schieberkopf 70a
nicht unter das Gießloch 56a des Hohlraums 56 abgesenkt.
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Selbst wenn die Metallschmelze 62 schnell in den Hohlraum 56
gesaugt wird, wird somit über der höchsten Stelle der
Metallschmelze in dem Schieberkopf 70a schwebendes Gas oder
auf der höchsten Stelle der Metallschmelze treibende
Fremdstoffe nicht in den Hohlraum 56 gesaugt. Mit anderen Worten
dient bei dieser Ausführungsform ein oberes Volumen in dem
Schieberkopf 70a als ein Aufnahmeraum zur Aufnahme des Gases
oder der Fremdstoffe, wobei das aufgenommene Gas bzw. die
aufgenommenen Fremdstoffe nicht in den Hohlraum 56 gesaugt
werden.
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Wenn der Hohlraum auf diese Weise mit der Metallschmelze 62
gefüllt worden ist, wird der Eingußmechanismus 70 abgesenkt,
um das Gießloch 56a des Hohlraums 56, wie in Fig. 7 gezeigt
ist, erneut zu schließen. Dann wird die Metallschmelze 62 in
dem Hohlraum 56 durch den Druckkolben 52d mit einem
vorbestimmten Druck unter Druck gesetzt. Gleichzeitig wird der
Absaugdurchlaß 70c zur Umgebungsluft hin geöffnet, damit die
in dem Durchlaß 58 für Metallschmelze und dem Schieberkopf
70a gespeicherte Metallschrnelze 62 zu dem Schmelzofen 60
zurückkehrt
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Fig. 9 ist ein Schaubild, in dem der Zustand der
Lunkerbildung
(infolge von Gasblasen) bei dem mit der
Gießvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform erhaltenen Guß und
derjenige bei dem mit der Gießvorrichtung nach dem Stand der
Technik erhaltenen Guß verglichen sind. In dem Schaubild
bezeichnet die Ordinate das Ausmaß an Lunkern und die
Abszisse die Anzahl der Eingüsse. Der Zustand der
Lunkerbildung wurde für jeden Guß mittels Röntgenfotografie
entsprechend der Fläche der Lunkerprojektion beurteilt.
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Wie anhand des Schaubilds zu sehen ist, ist bei dem mit der
Gießvorrichtung nach dem Stand der Technik erhaltenen Guß
das Ausmaß an Lunkern groß und schwankt erheblich. Dagegen
ist bei dem mit der Gießvorrichtung gemäß dieser
Ausführungsform erhaltenen Guß das Ausmaß an Lunkern klein und
gleichbleibend. Dies liegt daran, daß im wesentlichen kein
Gas in den Hohlraum gesaugt wird.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren 10 bis 15 wird nun eine
zweite Ausführungsform beschrieben.
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Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der
vorstehenden ersten Ausführungsform mit Hinsicht auf den
Zuführmechanismus für Metallschmelze zur Zuführung von
Metallschmelze zu dem Speicher für Metallschmelze. Während
im einzelnen die Metallschmelze 62 bei der ersten
Ausführungsform durch die mit der Oberseite des Schieberkopfes 70a
verbundene druckmindernde Einheit in den Speicher für
Metallschmelze eingeleitet wird, erfolgt bei der zweiten
Ausführungsform die Einleitung durch Ausüben eines Drucks
auf die Oberfläche der in dem Schmelzofen 60 gespeicherten
Metallschmelze. Darüber hinaus unterscheidet sich die zweite
Ausführungsform hinsichtlich der Form des Schieberkopfes von
der ersten Ausführungsform.
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Fig. 10 ist eine Schnittansicht der wesentlichen Teile einer
Gießvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. Diese
Gießvorrichtung umfaßt eine Gußform 150 mit einer oberen
Form 152 und einer unteren Form 154. Jn der Gußform 150
bilden die untere und obere Form 152 und 154 im gekoppelten
Zustand einen zentralen Hohlraum 156. Der Hohlraum 156 weist
ein über einen Wallabschnitt 156b ausgebildetes zentrales
Gießloch 156a auf. An dem Gießloch 156a steht der Hohlraum
156 mit einem Durchlaß 158 für Metallschmelze in Verbindung.
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Der Durchlaß 158 für Metallschmelze besteht aus einem in der
Mitte der unteren Form 154 ausgebildeten Durchlaß 158a und
einem zylinderförmigen Hohlstiel 158b, der mit der unteren
Fläche der unteren Form 154 auf eine derartige Weise
verbunden ist, daß er mit dem Durchlaß 158a in Verbindung steht.
Während des Gießens ist das freie Ende des Hohlstiels 158b
in eine Metallschmelze 162 eingetaucht, die in einem
Schmelzofen 160 gespeichert ist. Zwischen den gekoppelten
Flächen der unteren Form 154 und des Hohlstiels 158b
befindet sich ein O-Ring 164 aus wärmebeständigem Gummi, um die
Dichtheit des Durchlasses 158 für Metallschmelze zu
gewährleisten.
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Die obere Öffnung des Schmelzofens 160 ist durch einen
Deckel 160h geschlossen, der ein zentrales Loch 160k
aufweist, durch das der Hohlstiel 158b eingeführt ist. Zwischen
dem Deckel 160h und der unteren Fläche der unteren Form 154
ist ein im wesentlichen zylinderförmiges Abdichtungselement
160s auf eine derartige Weise angeordnet, daß es den
Hohlstiel 158b umgibt. Zur Abdichtung befinden sich zwischen dem
Abdichtungselement 160s und der unteren Form 154 sowie
zwischen dem Abdichtungselement 160s und dem Deckel 160h
O-Ringe 164b aus wärmebeständigem Gummi. Ein weiterer O-Ring
164b aus wärmebeständigern Gummi befindet sich zur Abdichtung
zwischen dem Deckel 160h und dem Schmelzofen 160. Bei dieser
Anordnung wird das Innere des Schmelzofens 160 luftdicht
gehalten. Mit 161 ist in Fig. 10 eine Heizeinrichtung zum
thermischen Schmelzen von Metall bezeichnet.
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An dem Schmelzofen 160 ist eine Rohrleitung 160a
angeschlossen, die mit einer (nicht dargestellten) Druckeinheit in
Verbindung steht. Wird von der Druckeinheit durch die
Rohrleitung hindurch Druckgas in den Schmelzofen 160
gedrückt, wird ein vorbestimmter Druck auf die Oberfläche
162a der Metallschmelze 162 in dem Schmelzofen 160 ausgeübt,
wodurch die Metallschmelze 162 über den Hohlstiel 158b
teilweise in den Durchlaß 158 für Metallschmelze gehoben
wird. Der auf die Metallschmelze 162 ausgeübte Druck ist
entsprechend der Höhe eingestellt, auf die die
Metallschmelze angehoben werden soll.
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In der Druckeinheit ist ein (nicht dargestelltes)
Ablaßventil für den Innendruck auf eine derartige Weise
angebracht, daß kein Druck oberhalb eines Höchstwertes von
0,45 kg/cmn² (bezüglich eines Umgebungsdrucks von 0 kg/cm²)
auf den Schmelzofen 160 ausgeübt wird. Während des Gießens
wird, wie nachstehend beschrieben wird, üblicherweise ein
Druck von 0,25 kg/cm² ausgeübt.
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An der Grenzfläche zwischen dem Hohlraum 156 und dem
Durchlaß 158 für Metallschmelze befindet sich ein
Eingußmechanismus 170 zum Öffnen und Schließen des Gießlochs 156a des
Hohlraums 156. Der Eingußrnechanismus 170 umfaßt einen
zylinderförmigen Schieberkopf 172 und einen (nicht
dargestellten) Mechanismus zum axialen Verschieben des
Schieberkopfes 172. Der Schieberkopf 172 ist derart in einem in der
oberen Form 152 ausgebildeten zentralen axialen Loch 152a
aufgenommen, daß er im wesentlichen in enger Berührung mit
der Wandfläche des Lochs 152a steht. Der Schieberkopf 172
kann bei Betätigung des Bewegungsmechanismus vertikal durch
das Loch 152a hindurch verschoben werden.
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Wird der Schieberkopf 172 bei Betätigung des
Bewegungsmechanismus abgesenkt, um seine Endfläche 1725 in Berührung mit
der Oberfläche der unteren Form 154 zu bringen, wird das
Gießloch 156a des Hohlraums 156 durch die Außenfläche des
Schieberkopfes 172 geschlossen. Dabei steht der Innenraum
des Schieberkopfes 172 mit dem Durchlaß 158 für
Metallschmelze in Verbindung und ist der Durchlaß 158 für
Metallschmelze zur Umgebungsluft hin offen.
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Wird der Schieberkopf 172 angehoben, so daß seine Endfläche
1725 von der Oberfläche der unteren Form 154 getrennt wird,
um das Gießloch 156a des Hohlraums 156 zu öffnen, steht das
Innere des Schieberkopfes 172 mit sowohl dem Durchlaß 158
für Metallschmelze als auch dem Hohlraum 156 in Verbindung.
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Zwischen der Außenfläche des Schieberkopfes 172 und der
Oberfläche des Lochs 152a der oberen Form 152 befindet sich
ein O-Ring 173 aus wärmebeständigem Gummi, um eine
Verschlechterung der Abdichtung aufgrund eines vertikalen
Gleitens des Schieberkopfes 172 zu verhindern.
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Der Schieberkopf 172 ist ein zylinderförmiges Element mit
einer Höhe von 700 mm. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, umfaßt
der Schieberkopf 172 einen äußeren Zylinder 172a aus Metall
und einen inneren Zylinder 172b aus einem keramischen
Material.
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Der innere Zylinder 172b weist angrenzend an seine Oberseite
einen Flansch 172f auf und sein Außendurchmesser ist kleiner
als der Innendurchmesser des zentralen axialen Durchlasses
158a, der in der unteren Form 154 ausgebildet ist. Bei
Berührung der Endfläche 172s des Schieberkopfes 172 mit der
Oberfläche der unteren Form 154 steht der innere Zylinder
172b somit nicht in Berührung mit der unteren Form 154, und
obwohl er aus keramischen Material besteht und zerbrechlich
ist, bricht er nicht leicht.
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Der äußere Zylinder 172a bedeckt den inneren Zylinder 172b,
wobei sein Innendurchmesser im wesentlichen gleich dem
Außendurchmesser des inneren Zylinders 172b gestaltet ist.
Seine Deckfläche ist zur Aufnahme des Flansches 172f des
inneren Zylinders 172b mit einer Aussparung 172m
ausgebildet. Bei in der Aussparung 172m aufgenommenen Flansch 172f
des inneren Zylinders 172b ist an der Deckfläche des äußeren
Zylinders 172a mit Schrauben 172n ein ringförmiger Halter
172r zum Halten des Flansches 172f befestigt.
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Bei dieser Anordnung ist der innere Zylinder 172b durch den
Flansch 172f zuverlässig an dem äußeren Zylinder 172a
befestigt. Zur Abdichtung befinden sich zwischen dem Flansch
172f des inneren Zylinders 172b und dem ringförmigen Halter
172r sowie zwischen dem Flansch 172f und der Aussparung 172m
des äußeren Zylinders 172a Dichtungselemente 172c.
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Bei dieser Ausführungsforrn dient das Innere des
Schieberkopfes 172 als ein Speicher für Metallschmelze.
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Wie in Fig. 10 gezeigt ist, steht der in der Gußform 150
ausgebildete Hohlraum 156 über einen zwischen den
Kopplungsflächen der oberen und unteren Form 152 und 154
ausgebildeten Spalt 153 mit einem in der oberen Form 152 ausgebildeten
Druckminderungsdurchlaß 152c in Verbindung. Der
Druckminderungsdurchlaß 152c ist mit einer (nicht dargestellten)
Absaugpumpe verbunden. Zwischen den Kopplungsflächen der
oberen und unteren Form 152 und 154 befindet sich angrenzend
an deren Kante ein O-Ring 153a aus wärmebeständigen Gummi,
um zwischen dem Hohlraum 156 und der Außenseite der Gußform
150 Dichtheit zu gewährleisten.
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Bei diesem Aufbau wird, wenn die Absaugpumpe bei durch den
Schieberkopf 172 geschlossen gehaltenem Gießloch 156a
betrieben wird, der Druck in dem Hohlraum 156 auf einen
vorbestimmten Druck (d.h. auf 20 Torr (2,666×10³ Pa) oder
weniger) vermindert.
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Oberhalb des Hohlraums 156 befindet sich ein Druckkolben
152d, um die in den Hohlraum 156 eingefüllte Metallschmelze
162 unter Druck zu setzen. Der Druckkolben 152d kann
vertikal entlang eines in der oberen Form 152 ausgebildeten
Zylinders 152e gleiten und wird von einem (nicht
dargestellten) Kolbenantriebsmechanismus betätigt. Der von dem Druck
kolben 152d ausgeübte Druck ist auf 200 bis 1000 kg/cm²
(1,96×10&sup7; bis 9,8×10&sup7; Pa) eingestellt.
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Die Arbeitsweise dieser Gießvorrichtung wird nun unter
Bezugnahme auf die Figuren 12 bis 15 beschrieben.
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Als erstes wird, wie in Fig. 12 gezeigt ist, bei durch den
Eingußmechanisrnus 170 geschlossen gehaltenem Gießloch 156a
durch die Absaugpumpe der Druck in dem Hohlraum 156
vermindert. Auch wird unter der Zuführung von Druckgas von der
Druckeinheit zu dem Schmelzofen 160 ein Druck von etwa
0,25 kg/cm² auf die Oberfläche 162a der Metallschmelze 162
in dem Schmelzofen 160 ausgeübt, woraufhin auf diese Weise,
wie in Fig. 13 gezeigt ist, die Metallschmelze 162 über den
Hohlstiel 158b in den Schieberkopf 172 gehoben wird. Wenn
ein Druck von 0,25 kg/cm² auf den Schmelzofen 160 ausgeübt
wird, wird die Oberfläche der Metallschmelze in dem
Schieberkopf 172 von der Oberfläche der unteren Form 154
(d.h. der Trennfläche) aus auf eine Höhe von etwa 250 mm
angehoben. Bei von der Oberfläche der unteren Form 154 aus
in einer Höhe von 250 mm befindlicher
Metallschmelzeoberfläche wird die über die in den Hohlraum zu füllende Menge
hinausgehende Metallschmelze 162 in einem auf einem höheren
Niveau befindlichen Abschnitt des Schieberkopfes 172 als das
Niveau des oberen Endes des Gießlochs 156a des Hohlraums 156
gespeichert. Wird ein Druck von 0,45 kg/cm² (d.h. der
Höchstdruck) ausgeübt, wird die Metallschmelzeoberfläche von
der Oberfläche der unteren Form 154 aus auf eine Höhe von
450 mm angehoben. Da jedoch der Schieberkopf 172 wie
vorstehend angegeben eine Höhe von 700 mm aufweist, fließt die
Metallschmelze 162 selbst dann nicht über die Oberseite des
Schieberkopfes 172, wenn auf den Schmelzofen 160 der
Höchstdruck ausgeübt wird.
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Wenn die Metallschmelze 162 dem Schieberkopf 172 bis auf ein
vorbestimmtes Niveau zugeführt ist, während der Druck in dem
Hohlraum 156 um ein vorbestimmtes Maß vermindert ist, wird
der Schieberkopf 172 angehoben, um das Gießloch 156a des
Hohlraums 156 zu öffnen. Auf diese Weise wird die in dem
Durchlaß 158 für Metallschmelze und dem Schieberkopf 172
gespeicherte Metallschmelze 162 schnell in den Hohlraum 156
gesaugt.
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Wird die in dem Durchlaß 158 für Metallschmelze und dem
Schieberkopf 172 gespeicherte Metallschmelze 162 in den
Hohlraum 156 gesaugt, wird die Metallschmelzeoberfläche in
dem Schieberkopf 172 abgesenkt. Allerdings wurde die über
die in den Hohlraum 156 zu füllende Menge hinausgehende
Metallschmelze 162 in einem auf einem höherem Niveau
befindlichen Abschnitt des Schieberkopfes 172a als das Gießloch
156a des Hohlraums 156 gespeichert. Somit wird bei der
Zuführung eines Teils der in dem Schieberkopf 172
gespeicherten Metallschmelze zu dem Hohlraum 156 das Niveau
der Metallschmelzeoberfläche in dem Schieberkopf 172 nicht
unter das Gießloch 156a des Hohlraums 156 abgesenkt.
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Das heißt, daß vorhandenes Gas oder auf der Metallschmelze
oberfläche in dem Schieberkopf 172 treibende Fremdstoffe
nicht in den Hohlraum 156 gesaugt werden. In diesem Fall
dient das Volumen in dem Schieberkopf 172 oberhalb der
Metallschmelzeoberfläche als der Aufnahmeraum zur Aufnahme
des Gases oder der Fremdstoffe. Es ist zu erkennen, daß der
Aufnahmeraum nicht von der Umgebungsluft getrennt werden
muß.
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Jst die Metallschmelze 162 auf die vorstehende Weise in den
Hohlraum 156 gefüllt worden, wird der Schieberkolben 172
erneut abgesenkt, um das Gießloch 156a des Hohlraums 156,
wie in Fig. 15 gezeigt ist, zu verschließen. Dann wird die
Metallschmelze 162 in dem Hohlraum 156 durch den Druckkolben
152d mit einem vorbestimmten Druck unter Druck gesetzt.
Gleichzeitig wird das Innere des Schmelzofens 160 zur
Umgebungsluft hin geöffnet, wodurch die in dem Durchlaß 158
für Metallschmelze und dem Speicher 180 für Metallschmelze
gespeicherte Metallschmelze 162 zu dem Schmelzofen 160
zurückgeführt wird.
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Wie gezeigt wurde, weist der Schieberkopf 172 (d.h. der
Speicher für Metallschmelze) bei dieser Ausführungsform ein
ausreichendes Volumen und eine ausreichende Höhe auf, wobei
verglichen mit der vorstehenden ersten Ausführungsform die
Steuerung der Position der Metallschmelzeoberfläche in dem
Schieberkopf 172 somit ungenau sein kann sowie der Aufbau
des Mechanismus zur Zuführung von Metallschmelze 162 zu dem
Speicher für Metallschmelze vereinfacht werden kann. Des
weiteren kann der Schieberkopf 172 bezüglich des Aufbaus
vereinfacht und somit die Kosten verringert werden. Außerdem
kann der Schieberkopf 172 auf einfache Weise ausgetauscht
werden, da er von oberhalb der oberen Form 152 entnommen
werden kann.