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Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von Gegenständen durch Einsaugen
in eine entlüftete -Form Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine
Vorrichtung zum Gießen von Gegenständen, derart, daß ein Stoff im flüssigen Zustand
in eine entlüftete Form eingesaugt wird. Die Erfindung betrifft insbesondere ein
Verfahren. zur schnellen Massenherstellung kleinerer Gegenstände durch Gießen mit
einer einfachen Vorrichtung.
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Das Entlüften der Gießform vor dem Gießvorgang wird angewendet, um
Gaseinschlüsse im Gußstück zu verhüten. Es ist schon bekannt, die Gießflüssigkeit
der höher als der Schmelztiegel gelegenen Gießform über ein Steigrohr zuzuführen.
Diese Vorrichtung ermöglicht eine besonders rationelle Füllung sämtlicher Teile
der Gießform, indem die Gießflüssigkeit beim Ansteigen im Steigrohr beschleunigt
und am Ende der Füllung plötzlich verzögert wird, wobei ein sehr großer Druck entsteht,
der das Vordringen der Gießflüssigkeit in sämtlichen Teilen der Form stark begünstigt
(sogenanntes Stoßgießen). Das Steigrohr wird hier also bei jedem Gießvorgang erneut
mit Flüssigkeit gefüllt.
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Beim Stoßgießen mittels eines Steigrohrs in einer entlüfteten Form
sind Maßnahmen zu treffen, um zu verhüten, daß die Flüssigkeit ansteigt und die
Gießform füllt, bevor diese entsprechend entlüftet worden ist. Bekannt ist schon,
einen VeT-schluß im Steigrohr anzubringen; dies bereitet jedoch viele Schwierigkeiten,
weil der Verschluß im Betrieb sehr heiß und von der Gießflüssigkeit stark
angegriffen
wird. Man. hat deshalb schon Vorrichtungen verwendet, bei denen die Form über das
Steigrohr dauernd mit dem Flüssigkeitsbad (dem Schmelztiegel) verbunden ist. Hierbei
werden Gießform und Schmelztiegel zuvor gleichzeitig entlüftet, und nach vollständiger
Entlüftung -der Schmelztiegel wird mit Druckgas, z. B. Luft, gefüllt. Dies ist ein
umständliches Verfahren, dem außerdem der Nachteil anhaftet, daß der Schmelztiegel
vakuumdicht und gegen Druck widerstandsfähig sein muß.
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Bei einer bereits bekannten Einrichtung ist die Gießform über das
Steigrohr dauernd mit einem offenen Schmelztiegel verbunden und kann zur schnellen
Entlüftung über einen Verschluß mit einem entlüfteten Gefäß verbunden werden. Bei
dieser Einrichtung ist es nicht gut möglich, die Gießform ohne Anwendung eines Verschlusses
im Steigrohr genügend stark zu entlüften, bevor die schnell ansteigende Flüssigkeit
in die Gießform eingedrungen ist.
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Es ist weiterhin bereits ein Gießverfahren bekanntgeworden, das ev
aliu.ierte Formen verwendet und bei dem durch die Form, die durch eine Steigleitung
mit dem im Schmelztiegel befindlichen Metall in unmittelbarer Verhindung steht,
ein starker Strom von Preßluft oder Preßgas oder Dampf hindurchgepreßt wird, wodurch
die im Hohlraum der Form enthaltene Luft mitgerissen und der Hohlraum der Form evakuiert
wird, so daß das geschmolzene Metall unter der Einwirkung des auf seiner Oberfläche
ruhenden Luftdrucks durch die Steigleitung in den Hohlraum der Form gedrückt wird.
Ein derartiges Verfahren weist aber den Nachteil auf, daß die Entlüftung der Gießform
nur sehr urivollkommen erfolgt. Es wird ja nur die lebendige Kraft des in der Form
befindlichen Gas- oder Dampfvolumens benutzt, das beim Durchblasen eine bestimmte
Geschwindigkeit aufweist, um vermöge der Massenträgheit in der Form einen Unterdruck
zu erzeugen. Da die Masse sehr gering ist, vermag auch eine hohe Geschwindigkeit
nicht so viel kinetische Energie aufzubringen, wie erforderlich ist, um den Hohlraum
der Form wirksam zu evakuieren. Die erzielte geringe Luftverdünnung reicht wohl
aus, um die Gießform mit dem flüssigen Metall anzufüllen, jedoch lassen sich hierbei
nur verhältnismäßig grobe Gußstücke herstellen. Werden komplizierter geformte Gußstücke-benötigt,
so vermag der geringe vorhandene Unterdruck die Form nicht in allen ihren Einzelteilen,
gleichmäßig mit dem flüssigen Metall auszufüllen, es entstehen also mindestens Löcher
u. dgl., unter Umständen werden auch feinere Einzelheiten der Form überhaupt nicht
mit Metall ausgefüllt.
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Mit der Erfindung werden diese Nachteile vermieden, und es wird hierbei
eine Gießform verwendet, die dauernd mit einem vorzugsweise offenen Flüssigkeitsbad
verbunden ist; aber die letztgenannten Nachteile werden dadurch vermieden, daß die
Gießform- bei jedem Gießzyklus sehr schnell entlüftet und die strömende Flüssigkeit
im Steigrohr unterhalb des oberen Endes derart gebremst wird, daß ein angemessenes.
Vakuum, z. B. von nur einigen Millimetern Quecksilbersäule, erreicht wird, bevor
die Gießflüssigkeit den Gießraum erreicht, jedoch die Geschwindigkeit der Flüssigkeit
groß genug ist, damit sie die Form. mit einem Stoß füllt und dabei einen hohen Druck
erzeugt.
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Gewünschtenfalls kann man das Bad auch dem dauernden Druck anderer
Gase, gegebenenfalls von
mehr als r Atmosphäre, aussetzen.
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Die erforderliche Verzögerung kann dadurch erhalten werden, daß im
Steigrohr am im Flüssigkeitsbad befindlichen unteren Ende des Steigrohr: eine Verengung
vorgesehen ist. Es zeigt sich, daß diese Verengung die Aufs.tiegzeit im oberhalb
der Verengung gelegenen Teil des Steigrohrs in hohem Maße vergrößert, ohne die Geschwindigkeit
bei der Eintrittsöffnung stark herabzusetzen. Die Aufstiegzeit der Flüssigkeit läßt
sich weiter dadurch vergrößern, daß dem oberhalb der Verengung liegenden Teil des
Steigrohrs ein großer Inhalt gegeben wird, z. B. mehr als das Fünffache des Inhalts
der Gießform. Der Teil unterhalb der Verengung wirkt naturgemäß praktisch nicht
an der Verzögerung mit. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung treten Verzögerungen
von der Größenordnung von o,5 Sekunden und mehr auf. Zum Vergleich soll erwähnt
werden, daß die Ansteigzeit bei einem Steigrohr ohne Verengung von der Größenordnung
von o,i Sekunde und weniger ist.
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Der große Inhalt des Steigrohrs kann die Folge eines großen Querschnittes
oder einer großen Länge oder der Kombination derselben sein. Der Inhalt soll so
groß sein, daß die Flüssigkeit mit der erforderlichen Geschwindigkeit in die Gießform
eintritt. Eine theoretische Betrachtung zeigt den Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit
der Flüssigkeit an einer besitimmten Stelle und der Länge des Steigrohrs, nachdem.
ein bestimmtes Volumen durchflossen worden ist. Hieraus. ergibt sich außerdem, daß
der in der Gießform entstehende Druck in dem Augenblick, da diese gerade ganz gefüllt
ist, im allgemeinen vielmals größer als der auf die Oberfläche im Schmelztiegel
außerhalb des Steigrohrs ausgeübte Druck ist. Die Größe dieses Druckes ist nur von
der Geschwindigkeit der Flüssigkeitssäule in dem Augenblick, da die Gießform gefüllt
ist, abhängig und nimmt also. anfangs mit der Länge des Verbindungsrohrs zu. Vorzugsweise
hat das Steigrohr eine solche Länge, daß in dem Augenblick, da die Gießform gefüllt
ist, durch Verzögerung der Flüssigkeitssäule in der Gießform ein Druck von wenigstens
--o Atm. entsteht. Eine Länge des Steigrohrs oberhalb der Verengung von wenigstens
dem Fünffachen des größten Ausmaßes der Gießform erweist sich als. zweckmäßig.
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Das oben geschilderte Verfahren wird; »Vakuumstoßgießen« genannt.
Es hat die Vorzüge der bekannten Vakuumgießverfahren unter Vermeidung der ihnen
anhaftenden Nachteile. Es wird namentlich der Schmelztiegel viel weniger stark angegriffen,
weil
das Metall darin immer mit .einer Oxydhaut überzogen bleibt. Außerdem ist es sehr
gut möglich zu gießen, ohne daß der Schmelztiegel einem den atmosphärischen Druck
übersteigenden Druck ausgesetzt wird; in diesem Fall kann ein normaler Graphittiegel
verwendet werden.
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Die durch Anwendung der Erfindung erhaltene Zeitersparnis, ist noch
größer, wenn der Inhalt des Flüssigkeitsbades für sehr viele aufeinanderfolgende
Gießvorgänge hinreichend. ist. Bei jedem Gießvorgang wird dann also durch die Entlüftung
des Gießraumes diese ganze Masse in Bewegung versetzt.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Im Schmelztiegel i befindet sich die von Brennern 3 und q. erhitzte
Schmelze 2. Die Verbrennungsgase werden durch das Abflußrohr 5 abgesaugt. Die im
vorliegenden Fall aus einer oberen Matrizenhälfte 6 und einer unteren Matrizenhälfte
7 bestehende Gießform ist mit der Schmelze 2 durch das Steigrohr 8 verbunden, das
eine Länge von 30 cm und einen. Durchmesser von 30 mm hat. Dieses
weist an der Unterseite eine Verengung 9 mit einem Durchmesser von 6 mm auf. Das
Steigrohr 8 wird von einem elektrischen Ofen 12 geheizt. Zwischen der unteren Matrizenhälfte
7 und dem Steigrohr 8 ist .ein kurzes Verbindungsstück ii angeordnet, das mit einer
Anspritzöffnung io versehen ist. Die Öffnung io hat einen Durchmesser von 3 mm.
Dies dient zur Erzielung eines fließenden Überganges zwischen dem Durchmesser des
Steigrohrs 8 und dem Durchmesser der Öffnung in der unteren Matrizenhälfte 7; letztere
ist nach dem allgemein bekannten Spritzgießprinzip ausgebildet. Da's Verbindungsstück
i i isst gesondert mittels des .elektrischen Ofens 13 heizbar. Es versteht sich,
daß auch auf andere Weise, z. B. mittels eines Gasbrenners, eine zu starke Abkühlung
von i i vermieden oder mittels einer geeigneten Bauart der Wärmeübergang von ii
nach 7 ohne gesonderte Heizung hinreichend beschränkt werden kann.
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Die Gießform wird durch die Vakuumglocke 16 bedeckt, die auf der oberen
Matrizenhälfte 6 aufruht und mit einem Gumm:iabschlußring iq.vakuumdicht auf dein
Zylinder 2.4 sitzt. Um Beschädigung des Gummiringes 1d. zu verhüten, ist eine Wasserkühlung
23 vorgesehen. Der Raum -innerhalb der Gießform steht durch einen engen schlitzförmigen
Raum 2o mit dem ringförmigen Raum 21 zwischen der Vakuumglocke 16 und der oberen
Matrizenhälfte 6 in Verbindung. Dieser ringförmige Raum 21 ist durch eine Vakuumleitung
22, in dem, sich der Hahn 17 befindet, mit dem Vakuumraum 18 verbunden. Der Druck
im Raum 18 wird sehr niedrig gehalten, weil die Vakuumpumpe ig dauernd mit ihm verbunden
ist.
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Der Gießzyklus beginnt mit der Umdrehung des Hahnes 17, so
daß der Raum im. Steigrohr 8, die Gießform, der schlitzförmige Raum 2o, der
ringförmige Raum 21 und die Vakuumleitung mit dem Vakuumraum 18 verbunden werden.
Dieser hat einen Inhalt, der groß in bezug auf den Gesamtinhalt des zu entlüftenden
Teiles ist, so daß sehr schnell ein beträchtlicher Druckabfall eintritt. Die Flüssigkeit
steigt unter dem Druck der Atmosphäre oder eines Gases, das sich in einer nicht
dargestellten Gasglocke oberhalb der Flüssigkeit im Schmelztiegel befindet, durch
die Verengung 9 im Verbindungsrohr 8 empor. Nach o,6 Sekunden hat die Gießflüssigkeit
die Öffnung in der unteren Matrizenhälfte 7 erreicht. In dieser Zeit ist auch infolge
der dauernden Wirkung der Vakuumpumpe i9 in der Gießform ein hinreichendes Vakuum
erreicht worden. Die Gießflüssigkeit tritt nun in die Gießform mit der erforderlichen
Geschwindigkeit ein. Wenn diese ganz gefüllt ist, strömt das flüssige Metall durch
die schlitzförmige Öffnung 2o, die derart bemessen ist, daß hier die Erstarrung
eintritt, bevor das Metall in die ringförmige Öffnung 2i gelangt. Weil der Strömungswiderstand
nun vergrößert wird, wird die Geschwindigkeit in Druck umgewandelt, der hinreichend
ist, um die Form bis in die feinsten Ausläufer zu füllen. Dies ist sehr wichtig:
Es ist nämlich nicht möglich, die Ausläufer langsam zu füllen, weil dann eine zu
große Abkühlung und infolgedessen Erstarrung eintreten würde. In. dem Augenblick,
da die Füllung vollständig ist, ist der Druck von der Größenordnung von ioo Atm.,
was im Einklang mit den Ergebnissen der Theorie ist. Die Vakuumglocke 16 und die
obere Matrizenhälfte 6 müssen, um nicht abgehoben zu werden, durch einen Preßdruck
P niedergedrückt werden, es sei denn, daß die Vakuumglocke 16 so groß ist, daß der
atmosphärische Druck ausreicht, um das Abheben zu verhindern.
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Nachdem die Erstarrung stattgefunden hat, wird dadurch, daß der Vakuumabschließer
17 in die dargestellte Lage zurückgeführt wird, Außenluft in die Räume 2o
und 2i eingelassen. Die Vakuumglocke 16 und dann die obere Matrizenhälfte 6 können
abgenommen werden, so daß der hergestellte Gegenstand aus der Form entfernt werden
kann. Vorzugsweise werden die Vakuumglocke 16 und die beiden Matrizenhälften 6 und
7 jeweils, sobald die Matrize gefüllt ist, abgehoben, so daß sie eine niedrige Temperatur
behalten. Die Gießflüssigkeit sinkt inzwischen durch das Steigrohr 8 bis in den
Schmelztiegel i. In der zum Herausnehmen des gegossenen Gegenstandes erforderlichen
Zeit wird der Vakuumraum 18 durch die Vakuumpumpe ig weiter entlüftet.
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Der große Druck, der in dieser einfachen Vorrichtung erzeugt wird
und im richtigen Augenr blick in der Flüssigkeit entsteht, hat ein außergewöhnlich
gutes Anschmiegen der Gießflüssigkeit an die Wände der Gießform und das Eindringen
in die feinsten Ausläufer zur Folge, auch bei Verwendung von Metallen, die bei Erstarrung
_ eine beträchtliche Schrumpfung aufweisen. Namentlich die Massenherstellung kleinerer
Gegenstände-wird durch die Erfindung erleichtert. Infolge der
geringen
Zeit, in der sich der ganze Gießvorgang abspielt, wird eine große Produktionsgeschwindigkeit
erzielt. Als Beispiel sei erwähnt, daß etwa 5oo Gießvorgänge je Stunde erreicht
werden.