Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Vergießen von metallischen
Werkstoffen nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Für das Vergießen von metallischen Werkstücken werden üblicherweise Formen
aus Gips oder keramischer Masse angefertigt. Dazu wird ein Wachsmodell in
einer Küvette plaziert und mit Gips umgossen. Die Küvette weist einen zylindrischen,
gelochten Stahlmantel auf. Nach dem Ausschmelzen des Wachsmodells
wird die Küvette umgedreht und in einer Vakuumkammer mit Metall vergossen.
Bei dieser Art des Topfgusses ist es nicht möglich das flüssige Metall unter
Druck einzufüllen, da die Form den Druckunterschied zwischen dem außen anliegenden
Vakuum und dem mit Überdruck eingebrachten Metall nicht standhält. Der
sich elastisch verformende Stahlmantel stützt die Form dabei zu Wenig an ihrer Außenseite
ab. Das Abgießen unter Druck ist deshalb bisher nur mit metallischen
Formwerkzeugen möglich. Die damit erreichbaren Vorteile, wie beispielsweise eine
geringe Lunkerbildung, eine hohe Oberflächenqualität oder die Möglichkeit, sogenannte
Kompounds, also Mischungen aus Metallen und Faserwerkstoffen, zu vergießen,
waren mit Gipsformen nicht erreichbar.
Es war daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Vergießen von
metallischen Werkstoffen in Gips- oder Keramikformen so auszubilden, daß unter
Druck abgegossen werden kann, ohne dabei die Form zu zerstören oder zu beschädigen.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs. Durch die elastische Innenwand der Küvette wird
es möglich die Form an ihrer Außenseite trotz anliegendem Vakuum so abzustützen,
daß durch den innen anliegenden Druck nur Druckkräfte auf das Formmaterial,
jedoch keine Zugkräfte wirken Die hoch druckfeste, aber gegen Zugkräfte sehr
empfindliche Formmasse nimmt dadurch keinen Schaden. Die neue Küvette ermöglicht
nicht nur verschiedene Längen von Gießformen, sondern es ist auch ein
gewisser Spielraum im Durchmesser gegeben, weil die elastische Innenwand auf
die Gießform eine zentrierende Wirkung hat.
Ein weiterer Vorteil ist in der leichten Entformbarkeit zu sehen. Gerade bei
größeren Formen war es oftmals schwierig nach dem Guß das fest in dem Stahlmantel
sitzende Formmaterial, die Küvette und den fertigen Gießling zu trennen.
Durch die elastische Innenwand kann die Form nun ohne Probleme aus der Küvette
entnommen und durch abschrecken von dem Gießling abgetrennt werden.
Die elastische Innenwand kann beispielsweise nur im Bereich der oberen Öffnung
der Küvette mit der Außenwand dicht verbunden sein, so daß zwischen der
Küvettenwand und der elastischen Innenwand ein luftdichter Zwischenraum entsteht.
Die elastische Innenwand läßt sich jedoch auch doppelwandig ausbilden, so
daß bei einer sehr einfachen Ausführungsform keinerlei Verbindung zwischen der
Küvettenwand und der elastischen Innenwand bestehen muß. In beiden Fällen kann
die fertige Gießform in die Küvette eingesetzt und diese fest mit der Druckkammer
zur Aufnahme des Schmelztiegels verbunden werden. Danach wird der Zwischenraum
mit Druckluft gefüllt, so daß sich die Gießform selbständig zentriert und fest
nach oben gedrückt wird. Auf diese Weise können mit einer einzigen Küvettengröße
ganz verschiedene Gießformen in die entsprechende, für das Vergießen notwendige
Position unterhalb des Schmelztiegels gebracht werden.
Für einen schnellen und sauberen Gießvorgang muß die Gießform vor dem
Vergießen evakuiert werden. Damit sich die elastische Innenwand nicht hinderlich
oder verzögernd auswirkt, weist die mit der Gießform in Kontakt befindliche Seite
luftführende Kanäle auf, die so ausgelegt sind. daß sie aus der Gießform austretende
Luft direkt zu einer Bohrung leiten, die mit einer Vakuumquelle verbunden ist.
Um die zentrierende Wirkung zu stärken und Beschädigungen der elastischen
Innenwand zu vermeiden ist der Boden der Küvette nach außen gewölbt, so daß
möglichst ein Küvetteninnenraum ohne Kanten entsteht. Soll diese Wirkung noch
verstärkt werden, ist es vorteilhaft auch die Gießform in einem Gefäß mit gewölbten
Boden zu fertigen, so daß auch die Gießform selbst keine scharfen Kanten aufweist.
In vorteilhafter Weise ist die Druckkammer zur Aufnahme des Schmelztiegels
mit einer zentrischen Öffnung in ihrem Boden versehen. Auch wird die Küvette mit
einem Deckel verschlossen, der mittig eine Öffnung aufweist. Der Schmelztiegel
besitzt an seiner Unterseite einen trichterförmigen Fortsatz, der in gießfertigem Zustand
der Vorrichtung durch die Öffnung im Boden der Druckkammer in die Öffnung
des Küvettendeckels ragt. Die Anordnung ist so aufgebaut, daß sich in der Kammer
aufgebauter Druck nur über den trichterförmigen Fortsatz des Schmelztiegels in die
in der Küvette befindliche Gießform fortpflanzen kann.
Sowohl Küvette als auch Druckkammer weisen einen Flansch auf, wobei die
Verbindung über eine dazwischen liegende Dichtung hergestellt wird. Diese Dichtung
bewirkt die Druckfestigkeit des Systems nach außen.
Die Druckkammer zur Aufnahme des Schmelztiegels ist mit einer Induktionsheizung
versehen, die ein einfaches Schmelzen des metallischen Werkstoffes in
dem Schmelztiegel unter Vakuum ermöglicht.
Die Druckkammer ist sowohl mit einer Druck- als auch mit einer Vakuumquelle
verbindbar, während die Küvette nur an eine Vakuumquelle angeschlossen
werden kann. Auf diese Weise wird es möglich, das Schmelzen des Metalls unter
Vakuum vorzunehmen, und gleichzeitig die Form zu evakuieren. Für den Gießvorgang
kann dann die Druckkammer mit Druck beaufschlagt und die Form weiterhin
evakuiert werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels,
das anhand der Zeichnung eingehend erläutert wird.
Es zeigt:
- Fig. 1
- eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt und
- Fig. 2
- einen Schnitt entlang der Linie A - A durch die Vorrichtung in
Fig. 1 ohne Gießform.
Die Vorrichtung weist eine Druckkammer 1 und eine Küvette 20 auf, die über
Klammern 3 verbunden werden können. Ebenfalls über Klammern 3 kann auf die
Druckkammer ein Deckel 2 aufgesetzt und über den Dichtring 5 druckdicht mit der
Kammer verbunden werden. Hierzu ist sowohl an dem Deckel 2 als auch an der
Wand der Druckkammer jeweils ein nicht näher bezeichneter Flansch vorgesehen
der von der Klammer 3 umgriffen wird. Der Boden 14 der Druckkammer 1 weist
eine zentrische Öffnung 15 auf.
Innerhalb der Druckkammer steht auf dem Boden 14 ein Schmelzgefäß 6
dessen Ablaufstutzen 9 durch die Öffnung 15 im Boden 14 der Druckkammer ragt.
Ein Ablaßventil 10 wird durch den Ventilkörper 11 und den Ablaufstutzen 9 sowie
den Ventilschaft 12 gebildet. Der lose auf dem Schmelzgefäß 6 aufliegende und mit
Druckausgleichsöffnungen versehene Deckel 7 des Schmelzgefäßes 6 weist ebenfalls
eine zentrische Öffnung auf, wobei oberhalb der Öffnung ein Solenoid 13 mit
dem Decke 7l verbunden ist. Bei einer elektrischen Ansteuerung des Solenoid 13
hebt sich der Ventilschaft 12 und öffnet somit das Ablaufventil 10.
An der Innenwand der Druckkammer 1 ist eine Induktionsheizung 8 vorgesehen,
die das Schmelzgefäß bis auf die benötigte Temperatur aufheizt.
Die Küvette 20 weist einen zylindrischen Mantel und einen nach außen gewölbten
Boden 30 auf. Der Mantel besitzt an seinem oberen Rand einen Außenflansch
21 und, darunter liegend, einen Innenflansch 22. Auf dem Innenflansch liegt
der Deckel 23 auf, der wiederum eine zentrische Öffnung 26 für den Durchtritt des
Ablaufstutzens 9 des Schmelzgefäßes 6 aufweist. Im Randbereich des Deckels
befindet sich eine Bohrung 27. Der Deckel 23 ist so dimensioniert, daß er bündig
mit dem oberen Rand des Außenflansches 23 abschließt.
Zwischen dem Boden 14 der Druckkammer 1 und dem Deckel 23 der Küvette,
sowie der Oberfläche des Außenflansches 23 ist eine elastische Dichtplatte 19 angeordnet.
Die Öffnung 24 der Dichtplatte hat einen Durchmesser, der so ausgelegt
ist, daß der Ablaufstutzen 9 fest umschlossen wird. Damit wird ein Druckübergang
zwischen Druckkammer 1 und Küvette 20 nur noch über den Ablaufstutzen 9 möglich.
Über der Öffnung 27 in dem Deckel 23 hat auch die Dichtplatte 19 eine Öffnung
25. Diese Öffnung läßt einen Luftkanal zwischen der Küvette 20 und der Bohrung
27 in der Außenwand der Druckkammer 1 frei. Die Bohrung 17 ist mit dem
Saugstutzen 18 verbunden, der an eine hier nicht gezeigte Vakuumquelle angeschlossen
ist. Die Verbindung zwischen Druckkammer und Küvette wird über die
Klammern 3 aufgebaut, die die Flansche 16 und 21 umgreifen.
An der Innenwand der Küvette 20 ist eine doppelwandig aufgebaute, elastische
Innenhaut 31 angebracht. Der Innenraum 32 der Innenhaut 31 kann über den
Stutzen 33 mit einem Medium, etwa einem Gas oder einem Fluidum, befüllt werden.
Die Innenhaut ist vorteilhaft etwa bis zu zwei Dritteln der Küvettenhöhe mit deren
Innenwand verklebt.
In Fig. 2 läßt sich die Oberflächenstruktur der nicht verklebten Seite der Innenhaut
31 erkennen. Es sind von der Mitte ausgehende Kanäle 34 vorgesehen,
die oberhalb der Innenhaut in den freibleibenden Ringkanal 29 münden. Die erhabenen
Flächen 35 bilden die seitlichen Begrenzungen der Kanäle 34.
Alternativ kann die Nicht verklebte Seite auch mit runden Noppen versehen
sein, deren Abstand so dimensioniert ist, daß auch hier durchgehende Kanäle entstehen,
die ebenfalls in den Ringraum 29 münden. Auch eine Kanalstruktur in Form
eines rautenförmigen Gitters ist realisierbar.
Für einen Gießvorgang muß zuerst die Gießform 28 in der Küvette 20 plaziert
werden. Hierzu wird der Innenraum 32 der elastischen Innenhaut 31 über den Stutzen
33 evakuiert. Die Innenhaut 31 legt sich dadurch dicht an die Innenwand der
Küvette 22 an. Die Gießform 28 kann nun bequem in die Küvette eingesetzt werden.
Nun wird der Deckel 23 eingesetzt und die Dichtplatte 19 aufgelegt. Nach
dem Aufsetzen der noch offenen Druckkammer 1 kann die Verbindung der beiden
Gefäße über die Klammern 3 hergestellt werden
Der Innenraum 32 der elastischen Innenhaut 22 kann jetzt beispielsweise mit
Luft aufgepumpt werden. Dadurch zentriert sich die Gießform 28 und wird von unten
gegen den Deckel 23 gedrückt.
In die offene Druckkammer 1 wird das Schmelzgefäß 6 - mit geschlossenem
Ventil 10, aufgesetztem Deckel 7 und mit der benötigten Menge Metall befüllt -
eingesetzt.
Nun kann die Druckkammer 1 mit Hilfe des Dichtrings 5, dem Deckel 2 und
den Klammern 3 druckfest verschlossen werden.
Zum Schmelzen des Metalls wird die Druckkammer über den Anschlußstutzen
4 evakuiert. Gleichzeitig wird auch die Küvette 20 über die Öffnung 27 im Deckel
23, die Öffnung 25 in der Dichtplatte 19, die Bohrung 17 in der Wand der Druckkammer
und den Saugstutzen 18 evakuiert. Über die Poren in der keramischen
Masse der Gießform und die Kanäle 34 baut sich auch in den Kavitäten 36 ein Vakuum
auf.
Wenn das Metall den flüssigen Aggregatzustand erreicht hat, wird unter Beibehaltung
des Unterdruckes an dem Saugstutzen 18 das Ventil 10 geöffnet und
gleichzeitig in der Druckkammer 1 über den Anschlußstutzen 4 ein Überdruck aufgebaut.
Das flüssige Metall wird dadurch mit großer Geschwindigkeit in die Kavitäten
36 gedrückt bis diese vollständig - ohne Lufteinschlüsse - gefüllt sind. Das Ventil
10l wird wieder geschlossen und der Überdruck in der Druckkammer 1 abgebaut.
Nun kann auch die Küvette mit atmosphärischem Druck beaufschlagt werden.
Nach dem Trennen von Druckkammer und Küvette wird der Innenraum 32 der
elastischen Innenhaut 31 evakuiert, so daß die nun gefüllte Gießform 28 frei in der
Küvette steht. Nach dem erstarren des Metalls, aber noch vor dem Auskühlen wird
die Gießform aus der Küvette entfernt und zum Entformen in kaltes Wasser getaucht.
Dabei zerspringt die Gießform und gibt die Werkstücke frei.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird so auf sehr einfache Weise ein
lunkerfreier Abguß mit hoher Oberflächengüte erreichbar. Auch die leichte Entformbarkeit
durch das freie Herausnehmen der Gießform aus der Küvette nach dem
Abguß hat sich als großer Vorteil gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen erwiesen.