Schmelzmulde für das Erschmelzen von Metall

Abstract

 Zum Erschmelzen kleiner Metallmengen mittels Flamme dient eine Schmelzmulde (1) aus Keramikmaterial mit einer Senke (6, 6') und wenigstens einem während des Schmelzens nicht verschlossenen Gießkanal (2, 2'). In die im Betriebszustand mit Schmelze gefüllte Senke (6, 6') ragt ein durch eine Öffnung (8, 8') in der Muldenwand geführter Thermosensor (3, 3') mit Schutzmantel, wobei die Öffnung (8, 8') ebenso wie der Thermosensor (3, 3') sich unterhalb des Spiegels der Schmelze befinden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schmelzmulde für das Erschmelzen von Metall mittels einer Flamme mit einer Senke, die im Betriebszustand mit Schmelze gefüllt ist, mit mindestens einem während des Schmelzens des Metalls nicht verschlossenen Gießkanal.

[0002] Die Schmelzmulde kann sich einerseits in einem auf eine Gießform aufsetzbaren Tiegel befinden, andererseits ist es auch möglich, diese Mulde durch die Ein­bettmasse in der Gießform selbst auszubilden.

[0003] Weiterhin ist es möglich, die Schmelzmulde in einer Schleudergießanlage einzu­setzen.

[0004] Aus der DE-AS 1 054 735 ist es bekannt, in die Wand eines Schmelzbehälters einen mit einer Schutzvorrichtung versehenen Temperaturfühler fest einzu­setzen, dessen Einführungskanal vollständig unterhalb des Spiegels der Schmelze liegt. Zur sicheren Temperaturerfassung ragt der Temperaturfühler in die Schmelze hinein, wobei er von einer gut wärmeleitenden Schutzhülse umgeben ist.

[0005] Weiterhin ist aus der DE-PS 1 262 521 eine Gießvorrichtung für eine Anlage zum Schmelzen und Gießen von Metallen mit einem Schmelztiegel mit Bodenabstich bekannt, bei der die Tiegelöffnung mit einem Ausgußteil zwischen Tiegelboden und Gießform versehen ist; das Ausgußteil ist in seinem oberen Teil als ein den Gießstrahl aufteilender Einsatz in Form einer Lochplatte, eines Loch­tiegels oder Drehwände aufweist und in seinem unteren Teil trichterförmig aus­gebildet. Eine Seitenwand des Schmelztiegels ist zur Überwachung des Schmelz­prozesses mit einer Temperaturmeßeinrichtung ausgerüstet, die jedoch nicht in das Schmelzgut hineinragt. Der Schmelzvorgang erfolgt unter Vakuum, wobei Schmelztiegel, Ausgußteil und Hilfsform in einer Vakuumkammer angeordnet sind.

[0006] Die bekannten Vorrichtungen sind verhältnismäßig aufwendig und für größere Chargen von Schmelzgut vorgesehen. Auch sind beide Vorrichtungen nicht für das Erschmelzen kleiner Metallmengen mittels Flamme, wie es in der Schmuck­industrie oder Dentaltechnik erwünscht ist, geeignet.

[0007] Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Schmelzmulde für das Erschmelzen kleiner Metallmengen mittels Flamme anzugeben, wobei eine exakte, ohne Ver­zögerungen arbeitende Temperaturmessung des Schmelzgutes erfolgen soll. Dabei soll die Schmelzmulde so konzipiert werden, daß auch kleine Schmelzmengen den Thermosensor von allen Seiten vollständig umschließen, um die Gießtemperatur der jeweiligen Schmelze exakt zu bestimmen. Weiterhin soll jede Reaktion bzw. Teilreaktion der Schmelze mit dem Material der Schmelzmulde bzw. dem Schutz­rohr des Thermosensors vermieden werden.

[0008] Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0009] Der kapillare Gießkkanal verhindert während des Schmelzvorganges aufgrund der Oberflächenspannung einen Durchtritt des erschmolzenen Materials durch die Gießkanäle. Die Oberflächenspannung wird anschließend durch auf die Schmelze einwirkendes Druckgas überwunden.

[0010] Als besonders vorteilhaft erweist sich der Einsatz von gepreßtem Oxidkeramik­material für die Schmelzmulde, wobei keinerlei Reaktionen zwischen Schmelzgut und Schmelzmulde während des Erhitzens mittels Flamme zu beobachten sind. Das gleiche trifft auch für den in einem Keramikschutzrohr befindlichen Thermo­sensor zu. Somit ist eine wiederholte Verwendbarkeit von Schmelzmulde und Thermosensor gegeben, wobei keinerlei Verunreinigungen aufgrund vorange­gangener Schmelzvorgänge zu befürchten sind. Da der Thermosensor mit seiner Meßspitze in die Schmelze eintaucht, ist eine exakte Erfassung der Schmelz­temperatur möglich. Als Thermosensor wird vorteilhafterweise ein Thermoelement eingesetzt.

[0011] Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f sowie 2a, 2b und 2c näher erläutert. Die Figuren 1a, 1b, 1c stellen einen Schmelzmuldenaufsatz für Druckgießgeräte aus Graphit oder Keramik in zwei zueinander senkrechten Längsschnitten sowie in Draufsicht dar, wobei der Eintritt der Schmelze in den Gießkanal in vertikaler Richtung entsprechend der Gravitationskraft erfolgt. In den Figuren 1d, 1e, 1f ist in entsprechenden Längsschnitten sowie einer Draufsicht eine Schmelzmulde dargestellt, die durch die Einbettmasse in der Gießform gebildet wird, wobei das für die Einführung des Temperatursensors vorgesehene Schutzrohr durch die Einbettmasse in seiner korrekten Position fixiert ist. Die Figuren 2a, 2b, 2c stellen eine Schmelz­mulde für eine Schleudergießanlage dar, bei der der Gießkanal oberhalb des Spiegels der einzubringenden Schmelze liegt, wobei die Schmelze in den Gieß­kanal aufgrund der Fliehkraft eintritt.

[0012] Gemäß Figur 1a ist die Schmelzmulde 1 so ausgestaltet, daß das durch eine Öffnung 8 in der Muldenwand ragende Schutzrohr 3 unmittelbar oberhalb der Öffnungen der kapillaren Gießkanäle 2 angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine exakte und verzögerungsfreie Temperaturmessung des Schmelzgutes möglich. Der Abstand des Temperatursensors 3 beträgt maximal 2 mm vom Gießkanal 2 bzw. von der Innenwand der trichterförmig ausgestalteten Gießmulde 1. Der Gießkanal 2 ist vertikal ausgerichtet, so daß beim Gießvorgang neben der Druckgas­atmosphäre auch die Gravitationskraft zur Wirkung gelangt. Dabei ist es für eine optimale gerichtete Erstarrung der Gußobjekte wesentlich, daß die kapillaren Gießkanäle in ihrer Längsrichtung eine Ausdehnung zwischen 1 und 20 mm aufweisen. Der von der Oberflächenspannung des Schmelzgutes abhängige Durchmesser der Kapillare ist variabel, er liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 mm. Die Gießkanäle 2 können als Bohrungen oder in Form von eingesetzten Kapillarröhrchen ausgeführt sein. Unterhalb der kapillaren Gießkanäle schließt sich ein rohrförmiger Gußkanal bzw. schließen sich je nach Größe des Gußob­jektes mehrere rohrförmige Gußkanäle an. Jeder Gußkanal ist mit wenigstens zwei kapillaren Gießkanälen 2 verbunden. Die Gußkanäle gehören zur eigent­lichen Gußform, die in der Praxis als sogenannte "verlorene Form" ausgeführt ist. Die Austrittsrichtungen der Gießkanäle 2 sind symbolisch durch die Achsen 7 dargestellt. Wie anhand der Figur 1a erkennbar ist, verläuft der innere Querschnitt des inneren Hohlraumes der Schmelzmulde bis zu dem Gieß­kanal nahezu trichterförmig, während der Querschnitt entlang der Durch­führungen des Gießkanals 2 gemäß Figur 1b einen prismatischen Innenraum bzw. Innenraum mit komplexförmigem Querschnitt erkennen läßt. In der Praxis hat sich ein sphärischer Querschnitt als besonders zweckmäßig erwiesen. Die Drauf­sicht gemäß Figur 1c zeigt neben dem äußeren umlaufenden Rand 4 die kegel­stumpfartig ausgebildete Einfüllöffnung 5 sowie den eigentlichen Schmelzraum,, der als Senke 6 ausgebildet ist. Das Schutzrohr 3 des Thermosensors ragt über sämtliche Öffnungen der Gießkanäle 2. Das Schutzrohr 3 kann innerhalb der Öffnung 8 der Muldenwand verschiebbar angeordnet sein, so daß der Thermosensor nach dem Gießvorgang zusammen mit seinem Schutzmantel herausgezogen werden kann.

[0013] Die in den Figuren 1d, 1e, 1f dargestellte Vorrichtung entspricht in Ihrer prinzipiellen Arbeitsweise dem anhand der Figuren 1a, 1b, 1c erläuterten Ausführungsbeispiel, wobei allerdings auch die Schmelzmulde 1 zusammen mit den kapillaren Gießkanälen zur Einbettmasse der Gußform gehören, d. h. die bis­herige zweiteilige Ausführungsform wird durch eine einteilige Gußform ersetzt, die ebenfalls als sogenannte "verlorene Form" ausgeführt sein kann. Ent­sprechend den beiden Längsschniten in Figur 1d und 1e schließt sich an die kapillaren Gießkanäle 2 jeweils ein Gußkanal 9 an, der zur eigentlichen Guß­form führt.

[0014] Das Schutzrohr 6 ist in die Öffnung 8 fest eingefügt, während der eigentliche Thermosensor eingeschoben und nach dem Gießvorgang wieder herausgezogen werden kann.

[0015] Die Draufsicht gemäß Figur 1f entspricht dabei der in Figur 1c dargestellten zweiteiligen Form.

[0016] Figur 2a zeigt eine Schmelzmulde 1′ für eine Schleudergießvorrichtung, wobei sich der Gießkanal 2′ oberhalb des als Senke 6′ ausgebildeten Schmelzinnen­raumes und des Thermosensors 3′ befindet. Die Einfüllöffnung ist mit 5′ bezeichnet. Die Erschmelzung findet auch in diesem Falle durch eine offene Flamme statt. Nach Erreichen der mittels Thermosensor 3′ ermittelten Gieß­temperatur wird die auf einer Antriebsvorrichtung angeordnete Schmelzmulde in Rotation versetzt und das Schmelzgut mittels Fliehkraft durch den Gießkanal 2′ in die angeschlossene Gießform geleitet. Figur 2a zeigt im Querschnitt die erfindungsgemäße Schmelzmulde, während Figur 2b eine Vorderansicht der Schmelzmulde im Querschnitt zeigt. In der Draufsicht gemäß Figur 2c ist der muldenförmige Innenraum 6′ sowie der konisch verlaufende Gießkanal 2′ erkenn­bar. Oberhalb der Vertiefung 6′ befindet sich der mit Schutzrohr umhüllte Thermosensor 3′. Das Schmelzgut tritt unter Anwendung der Fliehkraft praktisch in radialer Richtung entlang der Achse 7′ durch den Gießkanal 2′ aus. An den Gießkanal 2′ schließt sich in Richtung der Achse 7′ die eigentliche Gußform an, die beispielsweise als verlorene Form ausgebildet ist.

[0017] Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz von gepreßter Keramik, ins­besondere von Tonerde mit hohen Anteil an Aluminiumumoxid als Keramikmaterial für die Schmelzmulde erwiesen. Da keinerlei Restbestände übrigbleiben, ist eine wiederholte Verwendung der Schmelzmulde ohne irgendwelche Verunreini­gungen möglich, sofern die Schmelzmulde nicht Bestandteil einer verlorenen Form gemäß Figur 1d bis 1f ist. Als Material des Schutzrohres für den Thermo­sensor hat sich ebenfalls gepreßte Aluminiumoxidkeramik bewährt. Es ist jedoch auch möglich, andere Materialien, wie beispielsweise Graphit, einzusetzen.

Ansprüche

1. Schmelzmulde für das Erschmelzen von Metall mittels einer Flamme mit einer Senke, die im Betriebszustand mit Schmelze gefüllt ist, mit mindestens einem während des Schmelzens des Metalls nicht verschlossenen Gießkanal, dadurch gekennzeichnet, daß in die Senke (6, 6′) ein mit Schutzmantel ver­sehener Thermosensor (3, 3′) durch eine Öffnung (8, 8′) in einer Wand der Mulde hineinragt, wobei sowohl die Öffnung (8, 8′) als auch der Thermo­sensor (3, 3′) unterhalb des Spiegels der einzubringenden Schmelze liegen.

2. Schmelzmulde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Gießkanal (2) unterhalb des Spiegels der einzubringenden Schmelze liegt, wobei die Schmelze durch Kapillarwirkung in der Senke gehalten wird.

3. Schmelzmulde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­stens zwei Gießkanäle (2) vorgesehen sind, die in einen Gußkanal (9) einer Gußform münden.

4. Schmelzmulde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelz­mulde (1) auf die Gußform aufsetzbar ist.

5. Schmelzmulde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Teil der Gußform durch die Einbettmasse ausgebildet ist.

6. Schmelzmulde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießkanal (2′) oberhalb des Spiegels der einzubringenden Schmelze liegt.

7. Schmelzmulde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze mittels Fliehkraft in den Gießkanal (2′) einführbar ist.

Zeichnung