DE3815828C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum steigenden Gießen von Metallen, insbesondere reaktiven Metallen wie etwa bestimmten Legierungen, die Legierungs­ bestandteile enthalten, die bei Gießtemperaturen mit Luft unter Bildung von für die Gießteile schädlichen Oxiden und/oder Nitriden reagieren.

Zum Gießen solcher reaktiven Metalle unter Erhalt von Erzeugnissen hoher Güte sollten sämtliche Gießvorgänge, bei denen das Metall eine Temperatur hat, bei der es mit Luft in Reaktion tritt, unter Luftausschluß gegossen werden, und zwar entweder mittels eines Unterdrucks oder dadurch, daß die Luft durch ein Inertgas ersetzt wird. In den US-PS′en 38 63 706 und 39 00 064 sind ein Verfahren und eine Vor­ richtung angegeben, die allgemein zum steigenden Gießen unter Luftausschluß angewandt werden. Dabei ist eine herme­ tisch dichte evakuierbare Kammer über einem hermetisch dichten Gehäuse eines Schmelztiegels für das Metall ange­ ordnet, wobei die Kammer durch eine hermetisch dichte Lei­ tung mit dem Tiegel in Verbindung steht, die von der Kammer durch die Oberseite des Tiegelgehäuses verläuft und einen zwischengeschalteten Verschlußschieber enthält. Eine in Vertikalrichtung teilbare Druckkammer innerhalb der Kammer nimmt eine durchlässige Gießform diese hermetisch umschlie­ ßend auf, wobei das Unterende eines Füllrohrs der Gießform aus dem Boden der Druckkammer ragt.

Bei Anwendung dieser bekannten Vorrichtung wird ein Vorrat einer zu vergießenden Metallschmelze in dem Tiegel bereit­ gestellt, indem Blöcke im Tiegel zum Schmelzen gebracht werden, wobei das Tiegelgehäuse auf Hochvakuum evakuiert ist. Zum Gießen wird die Gießform in der Druckkammer inner­ halb der Kammer angeordnet, Druckkammer und Kammer werden hermetisch verschlossen und evakuiert, und diese und das Tiegelgehäuse werden mit einem Schutzgas wie Argon auf das gleiche niedrige Vakuum gefüllt. Wenn der Absperrschieber in der Leitung geöffnet ist, wird die Druckkammer durch die Leitung abgesenkt, bis das vorstehende Ende des Füllrohrs der Gießform unter dem Spiegel der Metallschmelze im Tiegel steht. Dann wird die Druckkammer auf ein ausreichend hohes Vakuum evakuiert, so daß die Metallschmelze durch das Füll­ rohr steigt und die Formhohlräume füllt. Nach ausreichendem Erhärten des Metalls in den Formhohlräumen wird der Druck in der Druckkammer und der Kammer erhöht, und die Druck­ kammer wird aus dem Tiegelgehäuse zurückgezogen und in die Kammer verbracht, so daß die Gießform aus Druckkammer und Kammer entnommen werden kann.

Zwar sind mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung sehr erfolgreich qualitativ hochwertige Gießteile aus mit Luft reaktiven Metallen hergestellt worden, aber das Vorsehen der äußeren Kammer um die Druckkammer und die ventilbetä­ tigte Leitung zum Tiegelgehäuse sind teure Einrichtungen, die den Betrieb komplizieren und zu einigen unerwünschten Einschränkungen beim Gebrauch führen. Z. B. benötigt die äußere Kammer hermetisch verschließbare Türen, damit die Druckkammer zum Einsetzen und zur Entnahme der Gießform zugänglich ist; diese Schritte werden durch Türen behin­ dert. Die Kammer steht über die Verbindungsleitung in wär­ meleitender Verbindung mit dem Tiegelgehäuse und ist bei geöffneten Absperrorgan der darin herrschenden Wärme ausge­ setzt, was die ausreichende Kühlung der Kammer erschwert. Das Anbringen des Mechanismus zum teilweisen Senken oder Heben der Druckkammer innerhalb der Kammer verlangt einen komplexen hermetischen Abschluß der Kammer um in sie ver­ laufende bewegliche Teile und erschwert den Zugang zu dem Mechanismus und zur Gießform, während die Kammer hermetisch geschlossen ist.

Im übrigen Stand der Technik, der zwar die komplizierte beschriebene Ausbildung vermeidet, kann die Inertgasatmo­ sphäre innerhalb des die Schmelze enthaltenden Tiegels nicht wirksam unterhalten werden.

Durch die Erfindung wird die äußere Kammer für die Druck­ kammer sowie auch die ventilbetätigte Verbindungsleitung zum Tiegelgehäuse der Vorrichtung entsprechend den vorge­ nannten Patentschriften überflüssig, und gleichzeitig kann auf der Oberfläche der Metallschmelze eine wirksame Schutz­ gasatmosphäre aufrechterhalten werden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung zum steigenden Gießen von Metallschmelze unter Luftausschluß in einer gasdurch­ lässigen Gießform, die in einer evakuierbaren Druckkammer hermetisch dicht mit einem Füllrohr für die Formhohlräume verbunden ist, wobei das Füllrohr ein vorspringendes freies Ende hat, mit einem Tiegelgehäuse zur Bereitstellung eines Vorrats an geschmolzenem Gießmetall in einem Tiegel unter einer im wesentlichen luftfreien Inertgasatmosphäre, wobei das Tiegelgehäuse eine Öffnung zur Aufnahme des freien Füllrohrendes aufweist, mit einer Antriebseinheit zum Rela­ tivbewegen des Füllrohrs und des Tiegelgehäuses, um das freie Füllrohrende durch die Öffnung im Tiegelgehäuse ein­ zubringen bzw. herauszuziehen, und mit Mitteln zum Evaku­ ieren der Druckkammer unter Erzeugung eines Drucks im Gieß­ forminneren, der ausreichend weit unter dem Inertgasdruck im Tiegelgehäuse liegt, so daß Metallschmelze durch das Füllrohr aufsteigt und die Formhohlräume ausfüllt, ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer Lage des Füllrohrs und des Tiegelgehäuses die Oberfläche der Schmelze einen aus­ reichenden Abstand von einer über der Öffnung befindlichen Umgebungsluftquelle hat, so daß ein Ansaugen von Luft durch zirkulierende Luftströme abwärts durch die Öffnung in die Metallschmelze vermieden wird.

In bevorzugter Ausbildung dieser Vorrichtung ist ferner vorgesehen, daß der Abstand zwischen der Metalloberfläche und der Umgebungsatmosphäre wenigstens ca. 20 cm, bevorzugt wenigstens ca. 45 cm beträgt. Ein bevorzugter Abstandshal­ ter ist dabei eine biegsame, reversibel zusammendrückbare Abschirmung zwischen der Öffnung des Tiegelgehäuses und der Öffnung in der evakuierbaren Druckkammer, durch die das freie Ende des Füllrohrs vorsteht. Während das Füllrohr in das Tiegelgehäuse unter den Spiegel der Metallschmelze taucht, ist die Abschirmung zusammengedrückt. Während des Einführens wird die Druckkammer evakuiert und erzeugt im Inneren der Gießform einen niedrigeren Druck als der Inert­ gasdruck in dem Tiegelgehäuse. Dadurch werden Inertgas und Schmelze aus dem Tiegelgehäuse in die Gießform gezogen. Nachdem die Formhohlräume gefüllt sind, wird das Füllrohr durch die Öffnung des Tiegelgehäuses zurückgezogen, worauf­ hin die Abschirmung ihre Ausgangsform wieder annimmt.

Ein weiterer bevorzugter Abstandshalter ist ein bewegliches Teil, das einen Teil des Tiegelgehäuses bildet und eben­ falls nach unten drückbar ist, wenn das Ende des Füllrohrs in das Tiegelgehäuse eingeführt wird; bevorzugt findet die Kompression statt, wenn die obere Wand des Tiegelgehäuses die Bodenwand der die Gießform enthaltenden Druckkammer kontaktiert. Nach Beendigung des Gießvorgangs und Entnahme des Füllrohrs kehrt dieses Teil in seine Ausgangslage zurück.

Ein Vorteil dieser Vorrichtung bzw. dieses Verfahrens be­ steht darin, daß das Gießen ohne die komplizierten herme­ tisch dichten Gehäuse des Standes der Technik durchführbar ist. Zu diesem Zweck hat das Füllrohr eine gasundurchläs­ sige Außenfläche, und im Tiegelgehäuse wird ein ausreichend hoher Inertgasdruck unterhalten, um den Zutritt von Luft aus der Umgebung zum Inneren des Tiegelgehäuses durch die darin befindliche Öffnung zu verhindern. Bevorzugt liegt der Inertgasdruck geringfügig über dem Atmosphärendruck. Daraus resultierende Verluste an Inertgas zur Atmosphäre durch die Öffnung sind minimal, wenn das Inertgas Argon (größere Dichte als Luft) oder Stickstoff (geringfügig niedrigere Dichte als Luft) oder ein anderes Gas ist, des­ sen Dichte wenigstens angenähert derjenigen von Stickstoff unter den gleichen Bedingungen entspricht.

Auf diese Weise wird nicht nur die Komplexität der bekann­ ten Vorrichtungen beseitigt, sondern es wird außerdem mit einem Füllrohr geeigneter Länge möglich gemacht, die Druck­ kammer im Abstand vom Tiegelgehäuse und diesem gegenüber durch Atmosphärenluft oder Inertgas wärmeisoliert zu hal­ ten, was eine wirksamere und kostengünstigere Kühlung der Druckkammer erlaubt. Ferner ist das Füllrohr während der Gießvorgänge für Arbeiten daran zugänglich, z. B. wenn es zum Verschließen gemäß der US-PS 45 89 466 abgeklemmt wer­ den soll.

Ein weiterer Vorteil beim Gießen großer Gießteile besteht darin, daß die zum Auspumpen des Systems und Füllen mit Inertgas benötigte Zeit verkürzt wird.

Bei dem bevorzugten Verfahren bzw. der Vorrichtung ist für die Öffnung im Tiegelgehäuse eine abnehmbare Abdeckung vor­ gesehen, die um die Öffnung herum hermetisch dicht mit dem Gehäuse verbindbar ist. Diese Abdeckung, die während des Gießens abgenommen und dann wieder aufgesetzt wird, kann engpassend auf der Öffnung sitzen, relativ geringes Gewicht haben und leicht von Hand betätigbar sein, da sie der Eva­ kuierung des Gehäuses nicht standhalten muß. Zum Einschmel­ zen eines neuen Blockvorrats des Metalls unter einem Hoch­ vakuum ist eine andere, größere, schwerere, keine Öffnung aufweisende Abdeckung vorgesehen, die ebenfalls hermetisch dicht um die Öffnung mit dem Gehäuse verbindbar und von einem mechanischen Hebezeug betätigbar ist. Nachdem das Metall unter Vakuum eingeschmolzen und das Gehäuse wiederum mit Inertgas befüllt ist, wird die größere Abdeckung durch die kleinere Abdeckung ersetzt.

Der die Gießform enthaltenden Druckkammer wird zusätzlich zu dem Inertgas aus dem Tiegelgehäuse weiteres Inertgas zugeführt, um die Spülvorgänge zu unterstützen und/oder danach den Druck in der Druckkammer zu erhöhen. Die Vor­ teile einer Unterdruckverbindung mit der Gießform gemäß der eingangs genannten Patentanmeldung werden ebenfalls reali­ siert.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische seitliche Schnittansichten einer bevorzugten Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei aufeinanderfolgende Verfahrensschritte veranschaulicht sind;

Fig. 3 und 4 schematische seitliche Schnittansichten einer weiteren bevorzugten Vorrichtung nach der Erfindung, wobei ebenfalls aufeinanderfolgende Verfahrensschritte veranschaulicht sind; und

Fig. 5 eine ähnliche Darstellung der Vorrichtung, wobei das Einbringen von Metall in den Tiegel gezeigt ist.

Gemäß Fig. 1 ist ein Tiegel 62 für geschmolzenes Gießmetall mit einem Schmelzespiegel 64 von einem im wesentlichen kastenförmigen Gehäuse 60 umgeben. Das Tiegelgehäuse 60 kann auf dem Boden stehen, und seine obere Wand 66 kann lösbar auf den Oberenden der Seitenwände über eine O-Dich­ tung 68 aufliegen (so daß das Innere vollständig zugänglich ist). Die Innenseiten der Wände des Gehäuses 60 können mit einer oder mehreren Schlangen (nicht gezeigt) für den Kreislauf von Kühlmittel, etwa Wasser, versehen sein, oder es können Doppelwandungen vorgesehen sein, die voneinander beabstandet sind, so daß Kühlmittel zwischen ihnen zirku­ lieren kann. Der Tiegel 62 ist in einen Block aus feuerbe­ ständigem elektrischem Isolierstoff 70 eingebettet, der eine den Tiegel umgebende Induktionsheizspule 72 enthält.

In der oberen Wand 66 des Tiegelgehäuses 60 ist eine Öff­ nung 74 in der Mitte des Schmelzespiegels 64 des Tiegels 62 vorgesehen und so groß, daß das Unterende 44 eines Fühl­ rohrs 40 der evakuierbaren Gießvorrichtung 10 darin frei aufnehmbar ist. Eine ähnliche Öffnung 76 ist in der übli­ chen Wärmeabschirmung 78 aus Isolierstoff ausgebildet, die über dem Tiegel auf der Oberseite des Blocks 70 angeordnet ist. Eine abnehmbare Abdeckung 80 für die Öffnung 74 ist hermetisch dicht mit der oberen Wand 66 des Gehäuses um die Öffnung 74 herum über einen O-Dichtring 82 angeordnet. Eine kleine Öffnung 84 kann mittig in der Abdeckung 80 ausgebil­ det sein, so daß ein Thermoelement in die Schmelze einführ­ bar ist, um deren Temperatur zu messen. Das Tiegelgehäuse 60 hat einen Anschluß 86 an eine Differenzdruckeinheit (nicht gezeigt), die das Tiegelgehäuse 60 auf ein Hoch­ vakuum evakuieren kann, wenn das Gehäuse hermetisch ver­ schlossen ist. Ferner ist ein Anschluß 88 an eine Inertgas­ quelle (nicht gezeigt) vorgesehen.

Ein Vorteil der oben beschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß sie sich zum Gießen unter Luftausschluß in Ver­ bindung mit der vereinfachten Gießvorrichtung nach der US-PS 45 89 466 eignet. Bevorzugt wird jedoch eine Verbes­ serung eingesetzt, die in den Zeichnungen dargestellt ist.

Die Gießvorrichtung 10 umfaßt eine teilbare, hermetisch verschließbare Druckkammer 12, die auf einer vertikal beweglichen Halterung 14 montiert ist. Die Druckkammer 12 besteht aus zwei Hälften, die im geschlossenen Zustand mittels eines O-Dichtrings (nicht gezeigt) hermetisch ver­ bunden sind, und sie wird in Vertikalrichtung durch geeig­ nete Mittel (nicht gezeigt) geöffnet und geschlossen. In ihrer unteren, die Gießform tragenden Wand hat die Druck­ kammer 12 eine mittige Öffnung 18 zur Halterung einer gas­ durchlässigen Gießform, die allgemein mit 20 bezeichnet ist und im vorliegenden Fall eine Maskenform ist mit einem ein Unterende 24 aufweisenden vertikalen Füllkanal 22 zum Ein­ leiten von Metallschmelze in die Formhohlräume 26. In ihrer oberen Wand hat die Druckkammer 12 einen Anschluß 16 an eine Differenzdruckeinheit (nicht gezeigt).

Es ist ein undurchlässiges Füllrohr 40 vorgesehen mit einem erweiterten oberen Abschnitt, der einen nach radial außen verlaufenden oberen Flansch 42 bildet, von dem ein Unter­ abschnitt 44 nach vertikal unten verläuft. Der Flansch 42 ist hermetisch dicht zwischen der unteren, die Gießform tragenden Wand der Druckkammer 12 und dem Unterende der Gießform 20 deren Öffnung 24 umgebend angeordnet. Der Un­ terabschnitt 44 erstreckt sich durch die mittige Öffnung 18 der Druckkammer 12 und aus dieser nach vertikal unten. Ein hydraulischer Antriebszylinder 34, der mit der beweglichen Halterung 14 verbunden ist, dient zum Bewegen des Tiegels 62 und der die Gießform 20 enthaltenden Druckkammer 12 auf­ einander zu bzw. voneinander weg, indem die Druckkammer 12 mit der Gießform selektiv gehoben oder gesenkt wird. Jede der beiden Hälften der Druckkammer 12 kann Mittel (nicht gezeigt) zum Kühlen des Kammerinneren aufweisen, z. B. eine umgebende Kühlschlange oder einen Zirkulationszwischenraum zwischen Doppelwandungen, der an eine Kühlmittelversorgung, z. B. Wasser, angeschlossen ist.

Die Differenzdruckeinheit kann selektiv betätigbar sein, um durch einen Anschluß 16a das Innere der Gießform 20 mit einem niedrigeren Druck zu beaufschlagen als dem Druck, mit dem gleichzeitig die Druckkammer 12 durch den Anschluß 16 beaufschlagt ist. Bevorzugt ist eine Öffnung am Oberende der Gießform 20 über dem Füllkanal 22 mit einem für Gas, jedoch nicht für Metall hochdurchlässigen Stopfen 47 ver­ schlossen, und die Mündung des Anschlusses 16a ist mit dem Oberende der Gießform über dem Stopfen 47 hermetisch dicht durch eine Dichtung 46 verschlossen, so daß der poröse Stopfen 47 und das darunter befindliche Forminnere selektiv durch den Anschluß 16a mit einem niedrigeren Druck als dem Druck in der Druckkammer 12 beaufschlagbar sind. Eine Dich­ tung 48 verhindert eine Leckage zwischen einem Kanal 45 und der Druckkammer 12. Die Anschlüsse 16 und 16a können zu verschiedenen oder auch zu einem einzigen Unterdruckpum­ pensystem mit geeigneten Stellventilen zur Ausbildung un­ terschiedlicher Drücke in beiden Anschlüssen führen.

Eine biegsame, reversibel zusammendrückbare, konisch ge­ formte Abschirmung 89 ist zwischen der oberen Wand 66 und der Gießvorrichtung 10 angeordnet. Die Abschirmung ist aus Feuerfestfasern gewebt, so daß sie hitzebeständig ist. Bevorzugte Werkstoffe für die Abschirmung 89 umfassen eine Feuerfestglasfaser Refresil(Wz) (Hersteller Niantic Rubber Co.). Der Abstand zwischen der Schmelzeoberfläche 64 und dem Oberende der Abschirmung 89, das an der Mittenöffnung 18 der Gießvorrichtung 10 angeordnet ist, beträgt wenig­ stens ca. 45,7 cm. Bei einer solchen Anordnung ist die nächstliegende Luftquelle, die die Metallschmelze nach Entfernung der Abdeckung 80 kontaminieren könnte, die Öff­ nung 18, die relativ weit weg von der Schmelze liegt. Somit kann die Abdeckung 80 unter Anwendung eines Seils oder einer Stange (nicht gezeigt) entfernt werden, während das Tiegelgehäuse 60 mit Argon gespült wird. Die Argonspülung erfolgt bei einem Druck, der über Atmosphärendruck liegt, so daß das Argongas die Abschirmung 80 füllt und deren Poren durchdringt, so daß der Durchtritt von Luft durch die Abschirmung ausgeschlossen wird. Daher verhindert die Beab­ standung der Schmelzeoberfläche von der einzigen potentiel­ len Luftquelle (der Öffnung 18), daß umlaufende Ströme (Brillion-Zonen) Luft in die Schmelze ziehen.

Beim Gießen mit dem angegebenen Verfahren bzw. der Vorrich­ tung wird im Tiegel 62 unter einer im wesentlichen luft­ freien Inertgasatmosphäre ein Vorrat an geschmolzenem Metall (in noch zu beschreibender Weise) vorgesehen. Die Druckkammer 12 wird so positioniert, daß das Füllrohrende 44 mittig über der Öffnung 74 des Tiegelgehäuses entspre­ chend Fig. 1 steht, und die Abdeckung 80 wird abgenommen, bevor der Gießvorgang beginnt. Durch hermetisch dichtes Anordnen des oberen Flanschs 42 des Füllrohrs 40 zwischen der unteren Wand der Druckkammer 12 und dem Unterende der Gießform 20 um die Öffnung 24 herum und durch Anwendung der Abschirmung 89 und gleichzeitigem Unterhalten des Inertgas­ drucks im Tiegelgehäuse 60 über Atmosphärendruck wird der Eintritt von Luft in das Tiegelgehäuse durch die Öffnung 74 ausgeschlossen. Mit einem Inertgas wie Argon, das die mehr­ fache Dichte von Luft aufweist, oder Stickstoff, dessen Dichte nur geringfügig unter derjenigen von Luft liegt, ist der Gasstrom leicht so regelbar, daß der Eintritt von Luft durch die Öffnung 74 in das Tiegelgehäuse 60 ausgeschlossen werden kann.

Zum Gießen wird die Druckkammer 12 durch Betätigung des Antriebszylinders 34 verfahren unter Erzeugung der Relativ­ bewegung zwischen dem Füllrohr 40 und dem Tiegelgehäuse 60, so daß das Füllrohr durch die Öffnung 74 in das Tiegelge­ häuse eingebracht wird. Gemäß Fig. 2 wird das Unterende 44 des Füllrohrs durch die Öffnung 74 eingeführt und taucht in die Schmelze unter deren Oberfläche ein. Durch die Relativ­ bewegung zwischen dem Füllrohrunterende 44 und dem Tiegel­ gehäuse 60 wird die Abschirmung 89 zu kleiner, relativ flacher Form zusammengedrückt. Gemäß dem Verfahren nach der bereits genannten US-Patentanmeldung wird, während das Unterende 44 des Füllrohrs und das Tiegelgehäuse 60 aufein­ ander zu bewegt werden, das Innere der Gießform 20 durch den vertikalen Füllkanal 22 mit einem verminderten Diffe­ renzdruck beaufschlagt, indem der Anschluß 16a aktiviert wird, so daß Argon und anschließend Metallschmelze nach oben steigen und das Füllrohr 40 und den vertikalen Füll­ kanal 22 füllen, wobei der metallostatische Druck im Füll­ kanal 22 auch ein seitliches Fließen in Formhohlräume 26 bewirkt. Gleichzeitig wird die Druckkammer 12 und somit das Äußere der Gießform 20 durch den Anschluß 16 mit einem zweiten Druck beaufschlagt, der gleich oder höher als der durch den Anschluß 16 angelegte Druck, aber niedriger als der die Schmelze im Tiegel 62 beaufschlagende Druck ist, wodurch gewährleistet wird, daß die Formhohlräume 26 sich mit Schmelze füllen. Die Stärke dieses zweiten Drucks reicht gerade aus, um ein Füllen der Formhohlräume 26 zu bewirken. Nach beendetem Füllen kann der die Form 20 umge­ bende Druck erhöht werden, während der niedrige Druck im Forminneren unterhalten wird, wodurch die Gießteilgüte erhöht wird und Zugspannungen in der Form verringert wer­ den. Der Druck in der Druckkammer 12 wird erhöht durch Ein­ leiten von Inertgas durch einen Anschluß 50, solange das Gießmetall eine reaktive Temperatur hat.

Nach beendetem Gießen werden die vorgenannten Drücke auf Atmosphärendruck zurückgebracht. Dann wird die Druckkammer 12 geöffnet, und die gefüllte Gießform 20 und das Füllrohr 40 werden entnommen, so daß die Druckkammer für einen wei­ teren Gießvorgang bereit ist. Da die Abschirmung 89 rever­ sibel zusammendrückbar ist, kehrt sie in ihre Ausgangsform zurück. Die Abdeckung 80 kann wieder auf der Öffnung 74 des Tiegelgehäuses 60 angebracht werden, wenn nicht bereits eine weitere Gießform bereitsteht.

Der Einsatz des Anschlusses 16a und dessen Funktionsweise sind zwar bevorzugt, aber nicht unbedingt erforderlich. Wenn der Anschluß 16a nicht vorgesehen ist, ändert sich das beschriebene Verfahren nur insofern, als der niedrige Druck, der das Füllen der Formhohlräume bewirkt, vollstän­ dig in der Druckkammer 12 durch den Anschluß 16 erzeugt wird, wobei die die Gießform beaufschlagenden externen niedrigen Drücke durch deren porösen Körper in ihr Inneres übertragen werden. Die Ergebnisse sind allerdings allgemein nicht ganz so befriedigend wie bei Betätigung der zwei Unterdruckanschlüsse mit einer Druckdifferenz. Verunreini­ gungen werden aus der Form während des Füllens der Form­ hohlräume nicht in gleich wirksamer Weise entfernt, und der externe Druck auf die Gießform zur Erzielung einer ausrei­ chenden Füllung muß niedriger sein, was in einer höheren Belastung der Form durch das Schmelzegewicht resul­ tiert. Gegenüber dem Stand der Technik sind das Verfahren und die Vorrichtung jedoch auch ohne den Anschluß 16a sehr vorteil­ haft.

Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit, die Metallschmelze vor Kontaminierung durch Luft zu schützen. Das Tiegelge­ häuse 60 weist einen beweglichen Teil 67 auf, der auf Hydraulikzylindern (nicht gezeigt) abgestützt ist und die Schmelzeoberfläche 64 von der Öffnung 74 (der am nächsten gelegenen Lufteintrittsquelle) beabstandet und diesen Ab­ stand auf ca. 45,7 cm oder mehr hält. Mit diesem Abstand wird eine Kontaminierung durch umlaufende Luftströme ver­ hindert, wenn die Abdeckung 80 unter einem Argonstrom abge­ nommen wird. Während des Gießvorgangs gemäß Fig. 4, wenn der Bodenteil der Gießvorrichtung 10, aus der das Füllrohr 40 vorsteht, die obere Wand 66 des Tiegelgehäuses 60 kon­ taktiert, während das Tiegelgehäuse 60 und das Füllrohr 40 relativ zueinander bewegt werden, erfolgt eine Anlage an dem beweglichen Teil 67, das dadurch weggedrückt wird. Nach Beendigung des Gießvorgangs und zurückgezogenem Füllrohr 40 kehrt der bewegliche Teil 67 in seine Ausgangslage zurück. Durch den Kontakt zwischen dem Boden der Gießvorrichtung 10 und der Wandung 66 wird die Öffnung 74 hermetisch ver­ schlossen, so daß kein merklicher Lufteintritt stattfindet, wenn der bewegliche Teil 67 nach unten gedrückt und später, nach dem Füllen der Gießform, wieder in seine Ausgangslage bewegt wird.

Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen. Zur Erstzuführung von Metall zum Tiegel unter luftfreier Inertgasatmosphäre, was nur hin und wieder erfolgen muß, ist eine zweite Ab­ deckung 90 vorgesehen, die undurchlässig, größer und mecha­ nisch fester als die Abdeckung 80 ist und gegenüber der Evakuierung des Tiegelgehäuses 60 auf Hochvakuum beständig ist. Wenn die Abdeckung 80 abgenommen ist und die Druck­ kammer 12 und ihr Füllrohr 40 gemäß Fig. 1 entfernt sind, wird ein Block 92 des zu schmelzenden Metalls in den Tiegel durch Öffnungen 74 und 76 eingebracht, und die Zweitab­ deckung 80 wird hermetisch dicht mit der oberen Wand 66 des Gehäuses über einen O-Dichtring 94 verbunden und überdeckt die Öffnung 74. Das Tiegelgehäuse wird durch den Anschluß 86 auf einen im wesentlichen luftfreien Zustand evakuiert, und die Induktionsspule 72 wird eingeschaltet, um den Block zu schmelzen. Wenn die Schmelze die Solltemperatur erreicht hat, wird Inertgas mit dem gewünschten Druck durch den An­ schluß 88 in das Tiegelgehäuse eingeleitet, die Abdeckung 80 wird wieder mit einer Betätigungsstange (nicht gezeigt) aufgesetzt, und die Zweitabdeckung 90 wird entfernt. Da die Zweitabdeckung 90 auf dem Rand der abnehmbaren oberen Wand 66 des Tiegelgehäuses 60 aufliegt und diese überdeckt, ist die Wand 66 dem Differenzdruck der Atmosphäre auf der einen Oberfläche und dem Hochvakuum auf der anderen Oberfläche nicht ausgesetzt und kann daher ebenso wie die Abdeckung 80 geringeres Gewicht haben und leichter zu handhaben sein als die Zweitabdeckung 90.

Die zur Beschreibung der Erfindung in den Zeichnungen gewählte Form ist eine hochtemperaturgebundene Keramikform für eine Vielzahl Teile. Selbstverständlich können auch andere Formarten verwendet werden, z. B. niedrigtemperatur­ gebundene Sandformen für Einzel- oder Mehrfachteile unter­ schiedlicher Größen und Formen, wobei die Auswahl noch größer ist, wenn der Niederdruckanschluß 16a vorgesehen und in der angegebenen Weise eingesetzt wird.

Claims (28)

1. Verfahren zum steigenden Gießen von Metallschmelze unter Luftausschluß in einer gasdurchlässigen Gießform, die her­ metisch in einer evakuierbaren Druckkammer angeordnet ist, wobei ein Füllrohr für die Formhohlräume ein aus der Druck­ kammer vorspringendes freies Ende aufweist, umfassend:
Bereitstellen eines Vorrats der zu gießenden Metallschmelze in einem in einem Gehäuse angeordneten Tiegel unter einer im wesentlichen luftfreien Inertgasatmosphäre, wobei das Tiegelgehäuse eine Öffnung zur Aufnahme des freien Füll­ rohrendes aufweist und zwischen dieser Öffnung und der Druckkammer einer Umgebungsluftquelle ausgesetzt ist, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
Vorsehen der Schmelzeoberfläche in einem so großen Abstand von der Umgebungsluftquelle, daß zirkulierende Luftströme am Ansaugen von Luft abwärts durch die Öffnung auf das Metall gehindert werden, und ständiges Halten dieser Ober­ fläche in dem genannten Abstand außer während der Bewe­ gungsschritte und während des Füllens der Gießform;
Relativbewegen des Füllrohrs und des Tiegelgehäuses, um das freie Füllrohrende durch das Tiegelgehäuse in eine Lage unter der Schmelzeoberfläche im Tiegel zu bringen, und
Evakuieren der Druckkammer, so daß im Inneren der Gießform ein Druck ausgebildet wird, der ausreichend niedriger als der Druck der Inertgasatmosphäre im Tiegelgehäuse ist, so daß Metallschmelze durch das Füllrohr steigt und die Form­ hohlräume ausfüllt; und
anschließendes Relativbewegen des Füllrohrs und des Tiegel­ gehäuses in Gegenrichtung, um das Füllrohr durch die Öff­ nung zu entfernen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer evakuiert wird, während das Füllrohr und das Tiegelgehäuse relativ aufeinander zu bewegt werden, so daß Inertgas aus dem Tiegelgehäuse in die Gießform ge­ saugt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt des Füllrohrs zwischen der Druck­ kammer und der Gießform hermetisch dicht angeordnet ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasstrom in die Druckkammer außerhalb der Gießform geleitet wird, während das freie Füllrohrende unter der Schmelzeoberfläche im Tiegel liegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Evakuierungsanschlüsse für die Druckkammer und für einen oberen Teil eines Füllkanals der Gießform vorgesehen sind, so daß in dem oberen Teil des Füllkanals ein niedrigerer Druck als der außerhalb der Gießform in der Druckkammer herrschende Druck während wenigstens eines Teils der Zeit unterhalten wird, in der das Füllrohr unter der Schmelzeoberfläche im Tiegel steht.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Oberfläche der Metallschmelze und der Umgebungsluftquelle unterhaltene Abstand größer als 20,3 cm ist.

7. Verfahren nach Anspuch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Oberfläche der Metallschmelze und der Umgebungsluftquelle unterhaltene Abstand wenigstens ca. 45,7 cm beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Oberfläche der Metallschmelze und der Umgebungsluftquelle aufrechterhalten wird durch Vorsehen einer flexiblen, reversibel zusammendrückbaren Abschirmung zwischen der Öffnung des Tiegelgehäuses und der Öffnung in der Druckkammer, durch die das Füllrohr vor­ springt, wobei diese Abschirmung während des ersten der Relativbewegungsschritte zusammengedrückt und hermetisch mit der Druckkammer verbunden wird und nach dem zweiten Relativbewegungsschritt ihre Ausgangsform wieder annimmt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Oberfläche der Metallschmelze und der Umgebungsluftquelle dadurch aufrechterhalten wird, daß am Tiegelgehäuse ein bewegliches Teil vorgesehen ist, das bei Relativbewegung des Tiegelgehäuses und des Füll­ rohrs aufeinander zu abwärtsgedrückt und mit der Druck­ kammer hermetisch verbunden wird und in seine Ausgangslage zurückkehrt, wenn das Tiegelgehäuse und das Füllrohr von­ einander wegbewegt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil nach unten gedrückt wird, wenn die obere Wand des Tiegelgehäuses die Bodenwand der evakuier­ baren Druckkammer, aus der das Füllrohr vorspringt, kon­ taktiert.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllrohr undurchlässig ist und daß ein ausreichen­ der Inertgasdruck im Tiegelgehäuse unterhalten wird, um den Zutritt von Umgebungsluft zum Inneren des Tiegelgehäuses durch dessen Öffnung zu verhindern.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der im Tiegelgehäuse unterhaltene Inertgasdruck über Atmosphärendruck liegt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des Inertgases wenigstens ungefähr derjeni­ gen von Stickstoff entspricht.

14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Wärmedämmen der Druckkammer gegenüber dem Tiegelgehäuse mittels Atmosphärenluft oder Inertgas mit Ausnahme der thermischen Verbindung durch das Füllrohr.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-14, gekennzeichnet durch Vorsehen einer ersten abnehmbaren Abdeckung für die Öffnung im Tiegelgehäuse, Abnehmen der ersten Abdeckung von der Öffnung vor dem Einbringen des Unterendes des Füllrohrs durch die Öffnung, und Wiederaufsetzen der ersten Abdeckung auf die Öffnung, nachdem das Füllrohr aus der Öffnung zu­ rückgezogen ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15,
gekennzeichnet durch
Abnehmen der ersten Abdeckung von der Öffnung;
Einbringen eines Metallblocks durch die Öffnung in den Tiegel;
Vorsehen einer größeren und unperforierten abnehmbaren zweiten Abdeckung für die Öffnung, die druckdicht mit dem Tiegelgehäuse um die Öffnung verbindbar ist und ausreichend mechanische Festigkeit hat, um gegenüber der Evakuierung des Tiegelgehäuses auf Hochvakuum beständig zu sein;
Aufbringen der zweiten Abdeckung, Evakuieren des Tiegel­ gehäuses und der zweiten Abdeckung auf einen im wesentli­ chen luftfreien Niedrigdruck und Erwärmen des Blocks im Tiegel unter Reduktion desselben in einen zum Gießen geeig­ neten geschmolzenen Zustand;
Zuführen eines Inertgasstroms in das Tiegelgehäuse unter Erzeugung der Inertgasatmosphäre darin; und
Abnehmen der zweiten Abdeckung und Ersetzen derselben durch die erste Abdeckung.

17. Vorrichtung zum steigenden Gießen von Metallschmelze unter Luftausschluß in einer gasdurchlässigen Gießform (20), die in einer evakuierbaren Druckkammer (12) herme­ tisch dicht mit einem Füllrohr (40) für die Formhohlräume (26) verbunden ist, wobei das Füllrohr ein vorspringendes freies Ende (44) hat, mit
einem Tiegelgehäuse (60) zur Bereitstellung eines Vorrats an geschmolzenem Gießmetall in einem Tiegel (62) unter einer im wesentlichen luftfreien Inertgasatmosphäre, wobei das Tiegelgehäuse (60) eine Öffnung (74) zur Aufnahme des freien Füllrohrendes (44) aufweist;
einer Antriebseinheit (34) zum Relativbewegen des Füllrohrs (40) und des Tiegelgehäuses (60), um das freie Füllrohrende (44) durch die Öffnung (74) im Tiegelgehäuse (60) einzu­ bringen bzw. herauszuziehen; und
Mitteln (16, 16a) zum Evakuieren der Druckkammer (12) unter Erzeugung eines Drucks im Gießforminneren, der ausreichend weit unter dem Inertgasdruck im Tiegelgehäuse (60) liegt, so daß Metallschmelze durch das Füllrohr (40) aufsteigt und die Formhohlräume (26) ausfüllt;
dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Lage des Füllrohrs (40) und des Tiegelgehäuses (60) die Oberfläche (64) der Schmelze einen ausreichenden Abstand von einer über der Öffnung (74) befindlichen Umge­ bungsluftquelle hat, so daß ein Ansaugen von Luft durch zirkulierende Luftströme abwärts durch die Öffnung (74) in die Metallschmelze vermieden wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt (42) des Füllrohrs (40) zwischen der Druckkammer (12) und der Gießform (20) hermetisch dicht angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (16) vorgesehen sind, um der Druckkammer (12) außerhalb der Gießform (20) Inertgas zuzuführen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Evakuieren der Druckkammer (12) einen Evakuierungsanschluß (16a) zu einem oberen Teil eines Füll­ kanals (22) einer in der Druckkammer angeordneten Gießform (20) und Mittel zum Erzeugen eines niedrigeren Drucks in diesem Anschluß als in der Druckkammer (12) außerhalb der Gießform (20) aufweisen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-20, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Oberfläche (64) der Metall­ schmelze und der Umgebungsluftquelle (18) mehr als ca. 20,3 cm beträgt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Oberfläche (64) der Metall­ schmelze und der Umgebungsluftquelle (18) wenigstens ca. 45,7 cm beträgt.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-22, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsorgan eine flexible, reversibel zusammen­ drückbare Abschirmung (89) zwischen der Öffnung (74) des Tiegelgehäuses und der Öffnung (18) in der evakuierbaren Druckkammer (12), durch die das freie Füllrohrende (44) vorsteht, ist, die, wenn das freie Füllrohrende (44) in das Tiegelgehäuse (60) ragt, zusammengedrückt und mit der Druckkammer hermetisch verbunden ist und ihre Ausgangsform wieder annimmt, nachdem das freie Füllrohrende (44) aus dem Tiegelgehäuse (60) herausgezogen ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-22, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsorgan ein bewegliches Teil (67) ist, das einen Teil des Tiegelgehäuses (60) darstellt und das, wenn das freie Füllrohrende (44) in das Tiegelgehäuse (60) ragt, nach unten drückbar und mit der Druckkammer (12) hermetisch verbunden ist und in seine Ausgangslage zurückkehrt, nach­ dem das freie Füllrohrende (44) aus dem Tiegelgehäuse (60) herausgezogen ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil (67) abwärtsgedrückt wird, wenn die obere Wand (66) des Tiegelgehäuses (60) die Bodenwand der evakuierbaren Druckkammer (12), aus der das Füllrohr (40) vorsteht, kontaktiert.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-25, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllrohr (40) undurchlässig ist und daß Mittel zur Zuführung von Inertgas zum Tiegelgehäuse (60) mit solchem Durchsatz vorgesehen sind, daß in dem Tiegelgehäuse ein ausreichender Gasdruck unterhalten wird, der den Zutritt von Atmosphärenluft oder Inertgas zum Gehäuseinneren durch die Öffnung (74) verhindert.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-26, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (12) ausreichend weit vom Tiegelgehäuse (60) beabstandet ist, so daß sie durch Atmosphärenluft oder Inertgas davon wärmeisoliert ist mit Ausnahme ihrer thermi­ schen Verbindung durch das Füllrohr (40).

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17-27, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste abnehmbare Abdeckung (80) für die Tiegel­ öffnung (74) und eine sie ersetzende zweite abnehmbare Abdeckung (90) vorgesehen sind, wobei die zweite Abdeckung (90) unperforiert, größer und schwerer als die erste Ab­ deckung (80), hermetisch mit dem Tiegelgehäuse um dessen Öffnung (74) verbindbar und gegenüber der Evakuierung des Tiegelgehäuses auf Hochvakuum beständig ist.