EP1258302A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Präzisionsgussteilen - Google Patents

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EP1258302A2
EP1258302A2 EP02008460A EP02008460A EP1258302A2 EP 1258302 A2 EP1258302 A2 EP 1258302A2 EP 02008460 A EP02008460 A EP 02008460A EP 02008460 A EP02008460 A EP 02008460A EP 1258302 A2 EP1258302 A2 EP 1258302A2
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EP
European Patent Office
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casting
wheel
molds
rings
melt
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EP02008460A
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English (en)
French (fr)
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EP1258302A3 (de
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Matthias Dr. Rer. Nat. Blum
Georg Jarczyk
Peter Dr.-Ing. Busse
Hans-Günther Fellmann
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ALD Vacuum Technologies GmbH
Original Assignee
ALD Vacuum Technologies GmbH
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D13/10—Accessories for centrifugal casting apparatus, e.g. moulds, linings therefor, means for feeding molten metal, cleansing moulds, removing castings
    • B22D13/107—Means for feeding molten metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D13/00—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • B22D13/06—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of solid or hollow bodies in moulds rotating around an axis arranged outside the mould
    • B22D13/066—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of solid or hollow bodies in moulds rotating around an axis arranged outside the mould several moulds being disposed in a circle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D13/00—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • B22D13/10—Accessories for centrifugal casting apparatus, e.g. moulds, linings therefor, means for feeding molten metal, cleansing moulds, removing castings
    • B22D13/101—Moulds

Definitions

  • the invention relates to a method for producing precision castings from a melt by means of a metallic casting wheel with an annular Distribution channel and with several interchangeable molds with at least one pouring opening, the amount of melt per Casting is chosen so that the molds and the distribution channel at Rotating the casting wheel around its axis with the melt being filled, such that the precision castings after solidification of the melt a ring formed from the cast material in the distribution channel held and removed from the casting wheel with the molds, whereupon the precision castings are separated from the ring and that Material of the ring is fed to a recycling process.
  • a method known from EP 0 686 443 A1 deals primarily with the selection of special molding materials which have an influence on the casting and solidification behavior of melts made of titanium-containing materials, such as Pure titanium, Ti 6 Al 4 V, Ti 6 Al 2 Sn 4 Zr 2 Mo, Ti 5 Al 2.5 Sn Ti 15 V 3 Al 3 Cr 3 Sn, Ti Al 5 Fe 2.5 50 Ti 46 Al 2 Cr 2 Nb Titanium aluminide.
  • the invention also extends to such cast materials, but is not limited to this.
  • Other materials such as e.g. Nickel-based alloys, heat-resistant nickel aluminides, in particular Why materials that are highly reactive at their casting temperature? also include the above cast materials.
  • Possible applications are in the field of internal combustion engines, e.g. for oscillating parts such as valves, connecting rods and piston pins, where the mass, noise and temperature behavior a Role play.
  • Applications are also in the field of rotating machines such as turbine wheels, turbine blades, Compressor wheels and their parts, i.e. all mass-produced items for which the Manufacturing costs, the precision and compliance with all product parameters play a crucial role.
  • Other interesting areas of application are biomedical prostheses such as Implants, sports and Leisure articles, tools and the like.
  • workpieces have simple geometries, for example are rotationally symmetrical like valves, can be divisible, reusable metallic shapes can be used as often as required, which are only opened for demolding the castings, but not destroyed Need to become.
  • Titanium in particular has material-related processing temperatures (Because of the embrittlement, it cannot be demolded at room temperature due to its high affinity for oxygen, the property Oxygen and oxygen compounds from the ceramic molding materials record and react yourself with these molding materials.
  • the contact with ceramic materials causes a clear Reduce the ductility of the cast material and make reuse difficult of the "circulating material” or the "return scrap", the consequently only in small quantities in investment casting processes can be added.
  • the invention is therefore based on the object, a method and a Specify device through which the use of ceramic, once usable molds with high productivity is made possible without that the circulating material is inadmissibly contaminated and the reuse, the recycling of this circulating material is unbearably strong is restricted. To a certain extent, these demands are mutually exclusive diametrically opposite.
  • the solution to the problem is the one specified at the beginning Method according to the invention in that the casting molds from one ceramic material selected and positive and interchangeable projecting from the casting wheel.
  • the spatial orientation of the molds or their mold cavities can be radial, oblique or tangential to the casting wheel.
  • the molds can have more than one, e.g. have two, gate openings.
  • Casting molds can be used especially for casting turbine blades be a gate at both ends of the mold cavity have.
  • the axis of rotation of the casting wheel does not have to either run horizontally, it can also at an angle to the horizontal or even be aligned vertically. In the latter case then preferably close one side of the casting wheel.
  • the object is completely achieved by the invention, in particular, the use of ceramic, single-use molds enables with high productivity without the circulating material impermissibly heavily contaminated and the reuse, recycling, this circulating material is intolerably severely restricted. Which diametrically opposed demands are thereby simultaneously solved.
  • the melt only comes inside the molds, i.e. means only once in contact with ceramic or oxidic materials, but not the quantities of material not belonging to the castings, and this belongs especially the ring, which melted again and shed again can be.
  • Ceramic or oxidic materials which is about 50 to 70% of the total amount of material can be used again without any significant restrictions become.
  • An increasing contamination by oxygen and / or oxides is omitted, and the number of precision castings is limited so-called “clusters" is also not required.
  • the invention enables e.g. the simultaneous production of about 50 turbocharger wheels in a process cycle.
  • the invention also relates to a device for producing precision castings from a melt using a metal casting wheel an annular distribution channel and with several interchangeable Casting molds with at least one pouring opening each, the casting molds and the distribution channel when the casting wheel rotates about its axis the melt can be filled, such that the precision castings after Solidification of the melt by a ring formed in the distribution channel the casting material held together and with the molds from the Casting wheel are removable.
  • such a device is in accordance with the invention characterized in that the casting molds from a ceramic Material selected and form-fitting and interchangeable from Casting wheel can be attached to this.
  • the subject of the invention is preferably suitable for centrifugal casting of precision castings.
  • FIG. 1 shows a casting wheel 1 which consists of two wheel rings 2 and 3 consists of niobium with a common axis of rotation A-A, which enclose an annular distribution channel 4 between them.
  • the Wheel rings 2 and 3 abut each other at a joint 5.
  • the wheel rings 2 and 3 corresponding L-shaped retaining rings 2a and 3a the made of steel or a nickel-based alloy, with the wheel rings 2 and 3 can also be made in one piece from niobium, as shown in FIG. 4 shows.
  • the wheel rings 2 and 3 have coaxial ones on their outer sides 2b and 3b Steel guide rings 7 and 8, which form ring rails to a certain extent and run in guide rollers 9 and 10, which are distributed over the circumference and only one of which is shown.
  • the leadership roles 9 and 10, at least one of which is driven, are in pedestals 11 and 12 stored, of which the right in the direction of the arrow 13 are displaceable in accordance with the casting wheel 1 in the open position Figure 2 can bring.
  • the casting wheel 1 is according to Figure 1 by a loaded tiltable crucible 14, which with its content, the casting material, is heated by an induction coil 15.
  • the melting pot 14 is designed as a metallic "cold wall crucible" of known construction, see above that the melt cannot be contaminated by crucible material.
  • Such cold wall crucibles consist of hollow, cooled copper sectors are strung together like a palisade on the circumference, so that a "skull" is formed on the inside from the cast material, which each Contamination of the casting material prevented. If necessary between the crucible 14 and the distribution channel 4 another one - here not shown - arranged removable guide for the melt his.
  • the entire arrangement is to avoid contamination (e.g. oxidation) arranged by gases in a chamber, not shown here, in which will maintain a vacuum or a protective gas atmosphere can.
  • contamination e.g. oxidation
  • To break one of the ceramic molds or to Another leak is to prevent melt from escaping the casting wheel 1 with all the casting molds 6 from an annular and coaxial Surround catch channel 16, which is fixedly connected to the casting wheel 1, but can be opened according to Figure 2.
  • Figure 2 shows this condition:
  • the wheel rings 2 and 3 are on theirs radial parting line 5 opened and with respect to this in cross section asymmetrical so that the molds 6 are held reliably and can be used in a form-fitting manner according to FIG.
  • the state according to FIG. 1 also engages under the right retaining ring 3a the right part of the peripheral edge 6b of the molds 6.
  • the Catch channel 16 is with regard to an axial, circumferential parting line 17th asymmetrical two-part design and exists on the right side Wheel ring 3 from an annular disc 16a, a cylindrical frame 16b and one of these radially inwardly directed ring flange 16c.
  • To the left wheel ring 2 is attached another washer 18, which at Casting operation according to FIG. 1 into an opening 16d of the ring flange 16c intervenes.
  • FIG. 3 shows a sector-shaped section from the left wheel ring 2 with an axial viewing direction according to arrow 19 in Figure 2, but without Casting molds 6.
  • the Casting molds 6 have and a radial sprue opening 6a surrounding edge 6b.
  • For this edge 2 are complementary in the wheel part Recesses 20 arranged radially inward to form a pyramid Casting funnels 21 are extended directly into the distribution channel 4 passes.
  • the casting molds 6 can be placed in these recesses 2 insert in the direction of arrow 22 ( Figure 4); they are inserted in Position after closing the casting wheel 1 ( Figure 1) by the Retaining ring 3a on the right wheel ring 3 held tight and tight.
  • Figure 5 shows a schematic diagram of an automatic loading device 23 for casting molds 6 in the axial direction of view.
  • radial Cantilever arms 24 are arranged, which have a corresponding number of Preheated ceramic molds 6 and keep them in front transport the recesses 20 and insert them into them.
  • the molds 6 Here is only one of the molds 6 shown.
  • Figure 6 shows a schematic diagram of an automatic loading device on the right 23a for casting molds 6 in the axial direction of view.
  • radial Booms 24a serve to hold a retaining ring 2a, which is in reality is closed on the scope.
  • the Retaining ring divided into sectors 26, between which parting lines 26a are located. It is understood that in both cases at the ends of the boom 24a corresponding, but not shown, gripping devices are arranged are. In these cases too, a corresponding number of preheated ones ceramic molds 6 for joint insertion with the retaining ring 2a or the sectors 26 held in the casting wheel 1. Again, there is only one the molds 6 shown.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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Abstract

Zum Herstellen von Präzisionsgußteilen aus einer Schmelze wird ein metallisches Gießrad (1) verwendet, das einen ringförmigen Verteilerkanal (4) und mehrere auswechselbare Gießformen (6) mit mindestens je einer Eingußöffnung (6a) besitzt. Dabei wird die Schmelzenmenge pro Abguß so gewählt, daß die Gießformen (6) und der Verteilerkanal (4) beim Rotieren des Gießrades (1) um seine Achse (A-A) mit der Schmelze gefüllt werden, derart, daß die Präzisionsgußteile nach dem Erstarren der Schmelze durch einen im Verteilerkanal (4) gebildeten Ring aus dem Gußwerkstoff, dem sogenannten Umlaufmaterial für neue Gießprozesse, zusammengehalten und mit den Gießformen (6) aus dem Gießrad (1) entnommen werden, worauf die Präzisionsgußteile von dem Ring abgetrennt werden. Um hierdurch auch Präzisionsgußteile mit komplizierten Raumformen, insbesondere mit Hinterschneidungen, herstellen zu können, werden die einmal verwendbaren und zur Entformung zerstörbaren Gießformen (6) aus einem keramischen Werkstoff ausgewählt und formschlüssig und auswechselbar vom Gießrad (1) abstehend an dieses angesetzt. Dadurch kann das Umlaufmaterial unkontaminiert einem Recycling-Prozeß zugeführt werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Präzisionsgußteilen aus einer Schmelze mittels eines metallischen Gießrades mit einem ringförmigen Verteilerkanal und mit mehreren auswechselbaren Gießformen mit mindestens je einer Eingußöffnung, wobei die Schmelzenmenge pro Abguß so gewählt wird, daß die Gießformen und der Verteilerkanal beim Rotieren des Gießrades um seine Achse mit der Schmelze gefüllt werden, derart, daß die Präzisionsgußteile nach dem Erstarren der Schmelze durch einen im Verteilerkanal gebildeten Ring aus dem Gußwerkstoff zusammen gehalten und mit den Gießformen aus dem Gießrad entnommen werden, worauf die Präzisionsgußteile von dem Ring abgetrennt werden und das Material des Ringes einem Recycling-Prozeß zugeführt wird.
Es geht insbesondere, aber nicht ausschließlich, um die Herstellung von Präzisionsgußteilen aus titanhaltigen Werkstoffen.
Ein durch die EP 0 686 443 A1 bekanntes Verfahren befaßt sich vorrangig mit der Auswahl besonderer Formwerkstoffe, die einen Einfluß auf das Gieß- und Erstarrungsverhalten von Schmelzen aus titanhaltigen Werkstoffen haben wie
Reintitan, Ti 6 Al 4 V,
Ti 6 Al 2 Sn 4 Zr 2 Mo, Ti 5 Al 2,5 Sn
Ti 15 V 3 Al 3 Cr 3 Sn, Ti Al 5 Fe 2,5
50 Ti 46 Al 2 Cr 2 Nb Titanaluminide.
Auf solche Gußwerkstoffe erstreckt sich auch die Erfindung, ist aber hierauf nicht beschränkt. Infrage kommen auch andere Werkstoffe wie z.B. Nickel-Basislegierungen, hochwarmfeste Nickelaluminide, insbesondere Werkstoffe, die bei ihrer Gießtemperatur hoch reaktiv sind, wozu auch die obigen Gußwerkstoffe gehören.
Anwendungsmöglichkeiten liegen auf dem Gebiete der Verbrennungsmotoren, z.B. für oszillierend bewegte Teile wie Ventile, Pleuel und Kolbenbolzen, bei denen das Massen-, Geräusch- und Temperaturverhalten eine Rolle spielt. Anwendungsmöglichkeiten liegen aber auch auf dem Gebiete der rotierenden Maschinen wie Turbinenrädern, Turbinenschaufeln, Verdichterrädern und deren Teile, also sämtlich Massenartikel, bei den die Herstellkosten, die Präzision und die Einhaltung aller Produktparameter eine entscheidende Rolle spielen. Weitere interessante Anwendungsgebiete sind biomedizinische Prothesen wie z.B. Implantate, Sport- und Freizeitartikel, Werkzeuge und dergleichen mehr.
Sofern solche Werkstücke einfache Geometrien haben, also beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sind wie Ventile, können teilbare, beliebig oft wiederverwendbare metallische Formen eingesetzt werden, die zum Entformen der Gußteile lediglich geöffnet, nicht aber zerstört werden müssen.
Bei dem durch die EP 0 686 443 A1 bekannten Verfahren werden um einen zentralen Eingußkanal herum in teilbaren Formen jeweils mehrere Kränze von Gußteilen hergestellt, die auch zwischen den Kränzen durch das im Eingußkanal erstarrte Material zu einem Baum oder einer Traube von Gußteilen vereinigt sind. Hinzu kommt ein weiterer Gesichtspunkt: Die meisten der oben beschriebenen Werkstoffe sind bei Raumtemperatur hart und spröde, bei Temperaturen zwischen etwa 200 °C und 300 °C fest, aber noch duktil. Beim Entformen bei Raumtemperatur können aber Sprödbrüche auftreten, die zu Ausschuß führen.
Für einmal verwendbare keramische Gießformen, die zum Entformen komplizierter Gußteile zerstört werden müssen, ist die bekannte Vorrichtung nicht vorgesehen.
Durch die DE 19 84 678 B2 und die entsprechende EP 0 992 305 A1 ist es gleichfalls bekannt, Präzisionsgußteile durch Abgießen von Schmelze in geteilte metallische Gießformen herzustellen, die in radialer Ausrichtung innerhalb eines axial geteilten metallischen Gießrades angeordnet sind. Durch die Anordnung der Gießformen innerhalb des Gießrades wird zwischen dessen radialen Wänden ein Verteilerkanal gebildet, der unmittelbar mit den Formhohlräumen der Gießformen in Verbindung steht. Pro Abguß wird die Schmelzenmenge so gewählt, daß nach dem Erstarren der Schmelze auch im Verteilerkanal ein Ring aus Gußwerkstoff vorhanden ist, von dem die Gußteile radial abstehen und mit dem sie einen einteiligen Gußkörper bilden. Die Gußteile werden nach dem öffnen des Gießrades und dem Herausnehmen des Gußkörpers durch Abnehmen der beliebig oft wieder verwendbaren Gießformteile entformt und vom Ring abgetrennt. Bei dieser. Gießtechnolgie, die nur für zerstörungsfrei entformbare Gußteile wie bespielsweise Motorventile anwendbar ist, kommt die Schmelze an keiner Stelle mit keramischen bzw. oxidischen Werkstoffen in Berührung, so daß die nicht zu den Gußteilen gehörenden Materialmengen, und dazu gehört insbesondere der Ring, wieder eingeschmolzen und erneut vergossen werden können. Diese Materialmengen teurer Werkstoffe, das sogenannte "Umlaufmaterial", betragen etwa 50 bis 70 % der gesamten Materialmenge.
Soweit es sich um die Herstellung von komplizierten, insbesondere hinterschnittenen, Präzisionsgußteilen handelt, die nur unter Zerstörung der Gießformen entformt werden können, hat sich Gießtechnologie erhalten, für jeden Abguß neue, keramische bzw. oxidische Gießformen zu verwenden. Um hiermit wirtschaftlich fertigen zu können, werden solche Gießformen durch keramische bzw. oxidische Gießkanäle verbunden, so daß ganze Trauben oder "Cluster" von Gußteilen entstehen, deren gesamte Oberflächen mit den keramischen bzw. oxidischen Clusterformen in Berührung gekommen und dadurch kontaminiert worden sind. Dies ist für die Präzisionsgußteile selbst noch erträglich, macht aber die Wiederwendung bzw. das Recyclen der übrigen Materialmengen (des Umlaufmaterials) problematisch, da sich dort die kontaminierenden Komponenten ansammeln. Man mußte sich daher dazu entschließen, solche Materialmengen nur einmal zur Wiederverwendung als "Umlaufmaterial" zuzulassen. Dadurch verteuert sich der Herstellprozeß enorm, insbesondere dann, wenn es sich um teure Gußwerkstoffe handelt wie beispielsweise die eingangs beschriebenen Werkstoffe auf Titanbasis, insbesondere die sehr teuren Titanaluminide.
Speziell Titan hat bei den materialbedingten Verarbeitungstemperaturen (es kann wegen der Versprödung nicht bei Raumtemperatur entformt werden) wegen seiner hohen Affinität zu Sauerstoff die Eigenschaft, Sauerstoff und Sauerstoffverbindungen aus den keramischen Formwerkstoffen aufzunehmen und selbst mit diesen Formwerkstoffen zu reagieren. Der Kontakt mit keramischen Werkstoffen verursacht eine deutliche Verringerung der Duktilität des Gußwerkstoffs und erschwert die Wiederverwendung des "Umlaufmaterials" bzw. des "Rücklaufschrotts", der infolgedessen nur in geringen Mengen bei Feingußprozessen wieder zugesetzt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, durch die der Einsatz keramischer, einmal verwendbarer Gießformen mit hoher Produktivität ermöglicht wird, ohne daß das Umlaufmaterial unzulässig stark kontaminiert und die Wiederverwendung, das Recycling, dieses Umlaufmaterials unerträglich stark eingeschränkt wird. Diese Forderungen stehen sich gewissermaßen diametral entgegen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß die Gießformen aus einem keramischen Werkstoff ausgewählt und formschlüssig und auswechselbar vom Gießrad abstehend an dieses angesetzt werden.
Die räumliche Ausrichtung der Gießformen bzw. ihrer Formhohlräume kann dabei radial, schräg oder tangential zum Gießrad erfolgen. Auch können die Gießformen mehr als eine, z.B. zwei, Eingußöffnungen besitzen. Speziell zum Gießen von Turbinenschaufeln können Gießformen verwendet werden, die an beiden Enden des Formhohlraums je eine Eingußöffnung besitzen. Auch muß die Rotationsachse des Gießrades nicht waagrecht verlaufen, sie kann auch unter einem Winkel zur Waagrechten oder sogar senkrecht ausgerichtet sein. In dem zuletzt genannten Fall ist dann bevorzugt die eine Seite des Gießrades zu schließen.
Durch die Erfindung wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst, insbesondere wird der Einsatz keramischer, einmal verwendbarer Gießformen mit hoher Produktivität ermöglicht, ohne daß das Umlaufmaterial unzulässig stark kontaminiert und die Wiederverwendung, das Recycling, dieses Umlaufmaterials unerträglich stark eingeschränkt wird. Die sich diametral entgegenstehenden Forderungen werden damit gleichzeitig gelöst.
Die Schmelze kommt nur innerhalb der Gießformen, d.h. heißt nur einmal mit keramischen bzw. oxidischen Werkstoffen in Berührung, nicht aber die nicht zu den Gußteilen gehörenden Materialmengen, und dazu gehört insbesondere der Ring, die wieder eingeschmolzen und erneut vergossen werden können. Diese Materialmengen teurer Werkstoffe, das sogenannte "Umlaufmaterial", das etwa 50 bis 70 % der gesamten Materialmenge beträgt, kann also ohne nenneswerte Einschränkungen wieder verwendet werden. Eine zunehmende Kontamination durch Sauerstoff und/oder Oxide unterbleibt, und eine Begrenzung der Zahl der Präzisionsgußteile auf sogenannte "Cluster" ist außerdem nicht erforderlich. Die Erfindung ermöglicht z.B. die gleichzeitige Herstellung von etwa 50 Turbolader-Rädern in einem Prozeßzyklus.
Dadurch wird die wirtschaftliche Herstellung von komplizierten, insbesondere hinterschnittenen, Präzisionsgußteilen ermöglicht, die nur unter Zerstörung der Gießformen entformt werden können. Dadurch verbilligt sich der Herstellprozeß enorm, insbesondere dann, wenn es sich um teure Gußwerkstoffe handelt wie beispielsweise die eingangs beschriebenen Werkstoffe auf Titanbasis, insbesondere die sehr teuren Titanaluminide. Die Duktilität des Gußwerkstoffs bleibt erhalten und ermöglichst die mehrfache Wiederverwendung des "Umlaufmaterials" bzw. des "Rücklaufschrotts", der infolgedessen in großen Mengen bei Feingußprozessen wieder zugesetzt werden kann.
Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft, wenn:
  • als Gießrad ein solches mit zwei Radringen verwendet wird, die an einer ringförmigen Trennfuge aneinanderstoßen, in der sich Ausnehmungen für das Einsetzen der Gießformen befinden, wenn die Radringe nach dem Einsetzen der Gießformen unter Bildung des Verteilerkanals axial zusammengefahren werden und wenn die Radringe nach dem Abguß unter Freigabe des Ringes aus Gußwerkstoff mit den Gießformen und den Präzisionsgußteilen axial auseinander gefahren werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Herstellen von Präzisionsgußteilen aus einer Schmelze mittels eines metallischen Gießrades mit einem ringförmigen Verteilerkanal und mit mehreren auswechselbaren Gießformen mit mindestens je einer Eingußöffnung, wobei die Gießformen und der Verteilerkanal beim Rotieren des Gießrades um seine Achse mit der Schmelze füllbar sind, derart, daß die Präzisionsgußteile nach dem Erstarren der Schmelze durch einen im Verteilerkanal gebildeten Ring aus dem Gußwerkstoff zusammengehalten und mit den Gießformen aus dem Gießrad entnehmbar sind.
Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist eine solche Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Gießformen aus einem keramischen Werkstoff ausgewählt und formschlüssig und auswechselbar vom Gießrad abstehend an dieses ansetzbar sind.
Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination -:
  • das Gießrad zwei Radringe aufweist, die an einer ringförmigen Trennfuge aneinanderstoßen, in der sich Ausnehmungen für das Einsetzen der Gießformen befinden, wenn die Radringe nach dem Einsetzen der Gießformen unter Bildung des Verteilerkanals axial zusammenfahrbar sind, und wenn die Radringe nach dem Abguß unter Freigabe des Ringes aus Gußwerkstoff mit den Gießformen und den Präzisionsgußteilen axial auseinander fahrbar sind,
  • die Gießformen je einen ihre Eingußöffnungen umgebenden flanschförmigen Rand besitzen, der formschlüssig in die komplementären Ausnehmungen in der Trennfuge des Gießrades parallel zur Achse des Gießrades einsetzbar ist,
  • die Radringe an ihren Außenseiten mit Halteringen versehen sind, die die flanschförmigen Ränder der Gießformen auf je einem Teil ihres Umfanges hintergreifen,
  • mindestens einer der Halteringe von dem zugehörigen Radring abnehmbar und außerhalb des Gießrades mit den Gießformen bestückbar ist,
  • mindestens einer der Halteringe in Sektoren unterteilt ist,
  • in mindestens einem der Radringe Gießtrichter angeordnet sind, die den Verteilerkanal mit den Eingußöffnungen der Gießformen verbinden,
  • die Gießformen von einem ringförmigen Fangkanal umgeben sind,
  • der Fangkanal eine Ringscheibe, eine zylindrische Zarge und einen radial einwärts gerichteten Ringflansch besitzt und wenn der Fangkanal an einem der Radringe befestigt ist,
  • an dem jeweils anderen Radring eine weitere Ringscheibe befestigt ist, die bei geschlossenem Gießrad eine öffnung in dem Fangkanal zumindest weitgehend verschließt,
  • dem Gießrad eine Beschickungseinrichtung zugeordnet ist, mittels welcher vorgeheizte Gießformen in das Gießrad einsetzbar sind,
  • die Beschickungseinrichtung zur Aufnahme mindestens eines der Halteringe ausgebildet ist, und/oder, wenn
  • die Beschickungseinrichtung zur Aufnahme von Sektoren mindestens eines der Halteringe ausgebildet ist.
Der Erfindungsgegenstand eignet sich in bevorzugter Weise zum Schleudergießen von Präzionsgußteilen.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine Wirkungsweise werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 6 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1
einen halben Axialschnitt entlang der Achse eines Gießrades mit zwei Radringen während eines Abgusses,
Figur 2
das Gießrad nach Figur 1 in geöffnetem Zustand zum Einsetzen der Gießformen und zur Entnahme der Gußteile mit den gefüllten Gießformen,
Figur 3
einen sektorförmigen Ausschnitt aus dem linken Radring mit axialer Blickrichtung gemäß dem Pfeil in Figur 2, jedoch ohne Gießformen,
Figur 4
einen Ausschnitt aus Figur 3 in perspektivischer Darstellung mit einer Gießform vor dem Einschub in den Radring,
Figur 5
eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer automatischen Beschickungseinrichtung für Gießformen mit axialer Blickrichtung und
Figur 6
zwei weitere Ausführungsbeispiele einer automatischen Beschickungseinrichtung für Gießformen mit axialer Blickrichtung.
In Figur 1 ist ein Gießrad 1 dargestellt, das aus zwei Radringen 2 und 3 aus Niob mit einer gemeinsamen Rotationsachse A-A besteht, die zwischen sich einen ringförmigen Verteilerkanal 4 einschließen. Die Radringe 2 und 3 stoßen an einer Trennfuge 5 dicht aneinander. An das Gießrad 1 sind auf dem Umfang zahlreiche Gießformen 6 angesetzt, deren Eingußöffnungen 6a mit dem Verteilerkanal 4 fluchten. Einzelheiten der lösbaren Befestigung sind in Figur 4 gezeigt. Zu diesem Zweck besitzen die Radringe 2 und 3 entsprechende L-förmige Halteringe 2a und 3a, die aus Stahl oder einer Nickelbasis-Legierung bestehen, mit den Radringen 2 und 3 auch einstückig aus Niob ausgeführt sein können, wie dies Figur 4 zeigt.
Die Radringe 2 und 3 besitzen an ihren Außenseiten 2b und 3b koaxiale Führungsringe 7 und 8 aus Stahl, die gewissermaßen Ringschienen bilden und in Führungsrollen 9 und 10 laufen, die auf dem Umfang verteilt angeordnet sind und von denen nur jeweils eine dargestellt ist. Die Führungsrollen 9 und 10, von denen mindestens eine angetrieben ist, sind in Lagerböcken 11 und 12 gelagert, von denen die rechten in Richtung des Pfeils 13 verschiebbar sind, um das Gießrad 1 in die öffnungsstellung gemäß Figur 2 bringen zu können. Das Gießrad 1 wird gemäß Figur 1 durch einen kippbaren Schmelztiegel 14 beschickt, der mit seinem Inhalt, dem Gußwerkstoff, durch eine Induktionsspule 15 beheizbar ist. Der Schmelztiegel 14 ist als metallischer "Kaltwandtiegel" bekannter Bauweise ausgeführt, so daß die Schmelze nicht durch Tiegelmaterial kontaminiert werden kann. Solche Kaltwandtiegel bestehen aus hohlen, gekühlten Kupfersektoren, die nach Art einer Palisade auf dem Umfang aneinander gereiht sind, so daß sich auf der Innenseite ein "Skull" aus dem Gußwerkstoff bildet, der jede Kontamination des Gußwerkstoffs verhindert. Gegebenenfalls kann zwischen dem Schmelztiegel 14 und dem Verteilerkanal 4 noch eine - hier nicht gezeigte - herausnehmbare Leiteinrichtung für die Schmelze angeordnet sein.
Die gesamte Anordnung ist zur Vermeidung einer Kontamination (z.B. Oxidation) durch Gase in einer hier nicht gezeigten Kammer angeordnet, in der ein Vakuum oder eine Schutzgasatmosphäre aufrecht werhalten werden kann. Um beim Bruch einer der keramischen Gießformen oder bei einer anderen Undichtigkeit ein Austreten von Schmelze zu verhindern, ist das Gießrad 1 mit allen Gießformen 6 von einem ringförmigen und koaxialen Fangkanal 16 umgeben, der fest mit dem Gießrad 1 verbunden ist, aber gemäß Figur 2 geöffnet werden kann.
Diesen Zustand zeigt nun Figur 2: Die Radringe 2 und 3 sind an ihrer radialen Trennfuge 5 geöffnet und in bezug auf diese im Querschnitt asymmetrisch ausgebildet, so daß die Gießformen 6 zuverlässig gehalten und gemäß Figur 4 formschlüssig eingesetzt werden können. In geschlossenem Zustand gemäß Figur 1 untergreift auch der rechte Haltering 3a den rechten Teil des umlaufenden Randes 6b der Gießformen 6. Auch der Fangkanal 16 ist im Hinblick auf eine axiale, umlaufende Trennfuge 17 asymmetrisch zweiteilig ausgebildet und besteht auf der Seite des rechten Radringes 3 aus einer Ringscheibe 16a, einer zylindrischen Zarge 16b und einem von dieser radial einwärts gerichteten Ringflansch 16c. An dem linken Radring 2 ist eine weitere Ringscheibe 18 befestigt, die beim Gießbetrieb gemäß Figur 1 in eine öffnung 16d des Ringflansches 16c eingreift.
Figur 3 zeigt einen sektorförmigen Ausschnitt aus dem linken Radring 2 mit axialer Blickrichtung gemäß dem Pfeil 19 in Figur 2, jedoch ohne Gießformen 6. Unter Hinzunahme von Figur 4 ergibt sich folgendes: Die Gießformen 6 besitzen eine radiale Eingußöffnung 6a und einen diese umgebenden Rand 6b. Für diesen Rand sind im Radteil 2 komplementäre Ausnehmungen 20 angeordnet, die radial einwärts zu je einem pyramidenförmigen Gießtrichter 21 erweitert sind, der unmittelbar in den Verteilerkanal 4 übergeht. In diese Ausnehmungen 2 lassen sich die Gießformen 6 in Richtung des Pfeils 22 (Figur 4) einschieben; sie werden in eingeschobener Stellung nach dem Schließen des Gießrades 1 (Figur 1) durch den Haltering 3a am rechten Radring 3 fest und dicht gehalten.
Figur 5 zeigt eine Prinzipdarstellung einer automatischen Beschickungseinrichtung 23 für Gießformen 6 in axialer Blickrichtung. An radialen Auslegern 24 sind Greifer 25 angeordnet, die eine entsprechende Zahl von vorgeheizten keramischen Gießformen 6 halten und diese sukzessive vor die Ausnehmungen 20 transportieren und in diese einschieben. Hier ist nur eine der Gießformen 6 dargestellt.
Figur 6 zeigt rechts eine Prinzipdarstellung einer automatischen Beschikkungseinrichtung 23a für Gießformen 6 in axialer Blickrichtung. Radiale Ausleger 24a dienen zur Halterung eines Halterings 2a, der in Wirklichkeit auf dem Umfang geschlossen ist. In der linken Hälfte der Figur 6 ist der Haltering in Sektoren 26 unterteilt, zwischen denen sich Trennfugen 26a befinden. Es versteht sich, daß für beide Fälle an den Enden der Ausleger 24a entsprechende, aber nicht gezeigte, Greifvorrichtungen angeordnet sind. Auch in diesen Fällen wird eine entsprechende Zahl von vorgeheizten keramischen Gießformen 6 zum gemeinsamen Einsetzen mit dem Haltering 2a oder den Sektoren 26 in das Gießrad 1 gehalten. Auch hier ist nur eine der Gießformen 6 dargestellt.
Heizvorrichtungen, mit denen das Gießrad 1 und die Gießformen 6 auf Abgußtemperatur aufgeheizt werden, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Nach dem Erstarren der Schmelze sind die in den Gießformen 6 befindlichen Gußteile durch das in den Gießtrichtern 21 und in dem Verteilerkanal 4 befindliche ringförmige Material sternförmig miteinander verbunden. Dieses Gebilde kann leicht aus dem Gießrad entnommen werden, ggf. durch automatische Mittel. Nach dem Abtrennen der Gießformen können die Gußteile entformt werden und die Materialmengen in den Gießtrichtern 21 sowie das Material im Verteilerkanal 4 kann, da es nicht mit dem keramischen Werkstoff der Gießformen 6 in Berührung gekommen ist, mehrfach wieder eingeschmolzen und für neue Abgüsse verwendet werden. Der Verwertungsgrad des Gußwerkstoffs wird dadurch beträchtlich gesteigert.
Bezugszeichenliste:
1
Gießrad
2
Radring
2a
Haltering
3
Radring
3a
Haltering
4
Verteilerkanal
5
Trennfuge
6
Gießformen
6a
Eingußöffnungen
6b
Rand
7
Führungsring
8
Führungsring
9
Führungsrollen
10
Führungsrollen
11
Lagerböcke
12
Lagerböcke
13
Pfeil
14
Schmelztiegel
15
Induktionsspule
16
Fangkanal
16a
Ringscheibe
16b
Zarge
16c
Ringflansch
16d
öffnung
17
Trennfuge
18
Ringscheibe
19
Pfeil
20
Ausnehmungen
21
Gießtrichter
22
Pfeil
23
Beschickungseinrichtung
23a
Beschickungseinrichtung
24
Ausleger
24a
Ausleger
25
Greifer
26
Sektoren
26a
Trennfugen
A-A
Rotationachse

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen von Präzisionsgußteilen aus einer Schmelze mittels eines metallischen Gießrades (1) mit einem ringförmigen Verteilerkanal (4) und mit mehreren auswechselbaren Gießformen (6) mit mindestens je einer Eingußöffnung (6a), wobei die Schmelzenmenge pro Abguß so gewählt wird, daß die Gießformen (6) und der Verteilerkanal (4) beim Rotieren des Gießrades (1) um seine Achse (A-A) mit der Schmelze gefüllt werden, derart, daß die Präzisionsgußteile nach dem Erstarren der Schmelze durch einen im Verteilerkanal (4) gebildeten Ring aus dem Gußwerkstoff zusammengehalten und mit den Gießformen (6) aus dem Gießrad (1) entnommen werden, worauf die Präzisionsgußteile von dem Ring abgetrennt werden und das Material des Ringes einem Recycling-Prozeß zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießformen (6) aus einem keramischen Werkstoff ausgewählt und formschlüssig und auswechselbar vom Gießrad (1) abstehend an dieses angesetzt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gießrad (1) ein solches mit zwei Radringen (2, 3) verwendet wird, die an einer ringförmigen Trennfuge (5) aneinanderstoßen, in der sich Ausnehmungen (20) für das Einsetzen der Gießformen (6) befinden, daß die Radringe (2, 3) nach dem Einsetzen der Gießformen (6) unter Bildung des Verteilerkanals (4) axial zusammengefahren werden und daß die Radringe (2, 3) nach dem Abguß unter Freigabe des Ringes aus Gußwerkstoff mit den Gießformen (6) und den Präzisionsgußteilen axial auseinander gefahren werden.
  3. Vorrichtung zum Herstellen von Präzisionsgußteilen aus einer Schmelze mittels eines metallischen Gießrades (1) mit einem ringförmigen Verteilerkanal (4) und mit mehreren auswechselbaren Gießformen (6) mit mindestens je einer Eingußöffnung (6a), wobei die Gießformen (6) und der Verteilerkanal (4) beim Rotieren des Gießrades (1) um seine Achse (A-A) mit der Schmelze füllbar sind, derart, daß die Präzisionsgußteile nach dem Erstarren der Schmelze durch einen im Verteilerkanal (4) gebildeten Ring aus dem Gußwerkstoff zusammengehalten und mit den Gießformen (6) aus dem Gießrad (1) entnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießformen (6) aus einem keramischen Werkstoff ausgewählt und formschlüssig und auswechselbar vom Gießrad (1) abstehend an dieses ansetzbar sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießrad (1) zwei Radringe (2, 3) aufweist, die an einer ringförmigen Trennfuge (5) aneinanderstoßen, in der sich Ausnehmungen (20) für das Einsetzen der Gießformen (6) befinden, daß die Radringe (2, 3) nach dem Einsetzen der Gießformen (6) unter Bildung des Verteilerkanals (4) axial zusammenfahrbar sind, und daß die Radringe (2, 3) nach dem Abguß unter Freigabe des Ringes aus Gußwerkstoff mit den Gießformen (6) und den Präzisionsgußteilen axial auseinander fahrbar sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießformen (6) je einen ihre Eingußöffnungen (6a) umgebenden flanschförmigen Rand (6b) besitzen, der formschlüssig in die komplementären Ausnehmungen (20) in der Trennfuge (5) des Gießrades (1) zumindest im wesentlichen parallel zur Achse (A-A) des Gießrades (1) einsetzbar ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radringe (2, 3) an ihren Außenseiten mit Halteringen (2a, 3a) versehen sind, die die flanschförmigen Ränder (6b) der Gießformen (6) auf je einem Teil ihres Umfanges hintergreifen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Halteringe (2a, 3a) von dem zugehörigen Radring (2, 3) abnehmbar und außerhalb des Gießrades (1) mit den Gießformen (6) bestückbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Halteringe (2a, 3a) in Sektoren (26) unterteilt ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Radringe (2, 3) Gießtrichter (21) angeordnet sind, die den Verteilerkanal (4) mit den Eingußöffnungen (6a) der Gießformen (6) verbinden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießformen (6) von einem ringförmigen Fangkanal (16) umgeben sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangkanal (16) eine Ringscheibe (16a), eine zylindrische Zarge (16b) und einen radial einwärts gerichteten Ringflansch (16c) besitzt und daß der Fangkanal (16) an einem der Radringe (2, 3) befestigt ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an dem jeweils anderen Radring (2, 3) eine weitere Ringscheibe (18) befestigt ist, die bei geschlossenem Gießrad (1) eine öffnung (16d) in dem Fangkanal (16) zumindest weitgehend verschließt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gießrad (1) eine Beschickungseinrichtung (23) zugeordnet ist, mittels welcher vorgeheizte Gießformen (6) in das Gießrad (1) einsetzbar sind.
  14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3, 7 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungseinrichtung (23) zur Aufnahme mindestens eines der Halteringe (2a, 3a) ausgebildet ist.
  15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3, 8 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungseinrichtung (23) zur Aufnahme von Sektoren (26) mindestens eines der Halteringe (2a, 3a) ausgebildet ist.
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