VERFAHREN UND GIESSEINRICHTUNG FÜR FEINGUSS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Giessen von metallischen Objekten in einer Giesseinrichtung für Feinguss mit mindestens einer Giessform, einer Einrichtung zum Eingiessen von flüssigem Metall in die Giessform und mit Einrichtungen zum Erzeugen von Vakuum und Druck und eine Giesseinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

[0002] Unter Feinguss wird das Giessen von Schmuckstücken, Kunstobjekten oder Ziergegenständen, sowie von präzisen Kleinteilen für die Industrie, insbesondere aus Gold, Silber, Platin, Bronze und anderen Metallen verstanden. Es sind Giesseinrichtungen bekannt, bei welchen ein Schmelztiegel und eine Giessform in einem Behälter angeordnet sind. Der Schmelztiegel ist mit einem Innenhohlraum zur Aufnahme von Rohmaterial ausgestattet und mit einer Heizeinrichtung, z.B. einer elektrischen Induktionseinrichtung versehen. Als Ausgussvorrichtungen können die bekannten Möglichkeiten eingesetzt werden, wobei das bekannte Beispiel einen Bodenausguss mit einem Stopper aufweist. Unterhalb des Schmelztiegels ist die Giessform positioniert, welche aus gasdurchlässigem, porösem Material besteht. Dabei weist die Giessform einen Formhohlraum auf, welcher zumeist das Giessen einer Mehrzahl von Einzelteilen im gleichen Giessvorgang ermöglicht, d.h. der Formhohlraum hat eine Baumstruktur mit einem Eingusstrichter. Die Herstellung der Giessform erfolgt zumeist mit Hilfe eines Kunststoff- oder Wachsmodelles, und die Form ist nur einmalig verwendbar. Das Verfahren zum Giessen von metallischen Objekten bei dieser bekannten Giesseinrichtung setzt sich aus mehreren Schritten zusammen. Vorerst wird bei offenem Behälter der Schmelztiegel mit Rohmaterial gefüllt und die Giessform in den unteren Teil des Behälters eingesetzt. Dabei ist der untere Teil des Behälters vom oberen Teil abgetrennt.

[0003] Der obere Behälterteil ist mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Überdruckes und der untere Behälterteil mit einer Einrichtung zum Erzeugen von Unterdruck verbunden. Zum Einleiten des Giessvorganges wird der Behälter gasdicht verschlossen und der Schmelzvorgang im Schmelztiegel eingeleitet. Durch Öffnen des Stoppers fliesst die flüssige Schmelze durch fallendes Giessen in den Formhohlraum der Giessform, bis diese vollständig gefüllt ist. Vor und/oder während des Giessvorganges wird der untere Behälterteil, in welchem die Giessform steht, einem Unterdruck ausgesetzt, welcher sich über die Porosität des Giessformmateriales auch in den Formhohlraum ausdehnt. Am Ende des Giessvorganges, d.h. wenn der Formhohlraum gefüllt ist, wird im oberen Behälterraum ein Überdruck erzeugt, so dass dieser Druck auch auf den Spiegel der Schmelze im Eingusstrichter der Giessform wirkt. Diese Kombination von Unterdruck, welcher auf den Boden und den Mantel der Giessform wirkt, und von Überdruck, welcher auf die Schmelze im Formhohlraum wirkt, bewirkt gegenüber Giessverfahren mit beidseitig gleichem Druck eine bessere Füllung des Formhohlraumes und eine bessere Ausformung von feinen Details.

[0004] Aus DE-A-3927 998 ist eine derartige Präzisionsgiesseinrichtung zum Herstellen von Dental-Gussteilen aus Titan oder Titanlegierungen bekannt. In dieser Publikation werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, mit welchen während des Giessvorganges an der Eingussseite der Giessform ein Überdruck von mindestens 4 bis 5 bar erzeugt wird. Dazu wird die Eingussseite mit einem schweren Gas in der Form von Argon unter Druck beaufschlagt. Ein derartiger Überdruck soll notwendig sein, um Titan oder Titanlegierungen ohne Lunker und Einschlüsse abgiessen zu können.

[0005] Trotz der an sich guten Giessergebnisse mit diesen bekannten Einrichtungen, treten immer wieder Probleme auf, insbesondere bei komplizierten und feingliedrigen Giessobjekten. Die flüssige Schmelze kann sich beispielsweise zu wenig schnell im Formhohlraum verteilen. Dies hat zur Folge, dass teilweise feine Verästelungen nicht ausgefüllt werden, oder unterschiedliche Strukturen des erstarrten Metalls auftreten, da die Abkühlungsgeschwindigkeit und der Erstarrungszeitpunkt in verschiedenen Bereichen des Formhohlraumes unterschiedlich sind.

[0006] Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, mit welcher die Abformgenauigkeit und der Füllgrad des Formhohlraumes noch weiter erhöht werden können und auch die Struktur der abgegossenen Objekte verbessert wird.

[0007] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Patentanspruch 1 erfindungsgemäss durch die Merkmale dieses Patentanspruches und bei einer Vorrichtung nach dem Patentanspruch 5 nach den Merkmalen dieses Patentanspruches 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich nach den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.

[0008] Entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren wird vor dem Beginn des Giessvorganges, d.h. vor dem Eingiessen von flüssiger Schmelze in den Formhohlraum, der Formhohlraum der Giessform und der Umgebungsraum der Giessforrn einem Unterdruck ausgesetzt. Dadurch werden auch die Öffnungen und Durchlässe in der mindestens teilweise porösen und gasdurchlässigen Wandung der Giessform evakuiert und Luft- oder andere Gasrückstände werden aus diesen porösen Öffnungen abgesaugt. Anschliessend wird der Formhohlraum und der Umgebungsraum der Giessform mit einem leichten Gas mit geringer Dichte gespült, was den Vorteil erbringt, dass dieses Gas in die Poren in der Wandung der Giessform eindringt und diese ausfüllt. Dabei wird als leichtes Gas ein Gas gewählt, welches im Periodensystem der Elemente eine Ordnungszahl zwischen 1 und 10 aufweist und welches eine möglichst hohe Durchflussrate dieses Gases durch die Poren in der Wandung der Giessform bewirkt. Ein besonders geeignetes Gas aus dieser Gruppe ist Helium. Nach dem Spülen des Formhohlraumes und des Umgebungsraumes der Giessform mit diesem leichten Gas wird mindestens im Formhohlraum erneut ein Unterdruck erzeugt und dann die flüssige Schmelze in den Formhohlraum eingefüllt. Dieser Füllvorgang erfolgt nun ausserordentlich schnell, da das leichte Gas, z.B. Helium, sehr leicht und schnell durch die Poren in der Wandung der Giessform verdrängt wird und nach aussen abfliessen kann. Dieser Vorteil wird durch die hohe Durchflussrate des gewählten leichten Gases durch Poren und Kapillaröffnungen bewirkt. Für den Giessvorgang besteht der Vorteil darin, dass in den Einzelbereichen des Formhohlraumes und zwischen dem einfliessenden flüssigen Metall kein partieller Überdruck aufgebaut wird, sodass das flüssige Metall rasch und ungehindert in die feinsten Verästelungen des Formhohlraumes fliessen kann. Allein dadurch wird bereits eine verbesserte Formgenauigkeit und eine höhere Abgussgeschwindigkeit erreicht. Dies hat auch zur Folge, dass in allen Teilen im Formhohlraum eine bessere Struktur der abgegossenen Objekte entsteht. Sobald der Formhohlraum vollständig mit flüssigem Metall gefüllt ist, wird der Spiegel der Schmelze im Eingussbereich des Formhohlraumes mit einem anderen schweren Gas mit höherer Dichte beaufschlagt. Dieses Gas weist gegenüber dem Umgebungsraum der Giessform einen Überdruck auf. Als schweres Gas mit höherer Dichte wird dabei ein Gas gewählt, welches im Periodensystem der Elemente eine Ordnungszahl von mindestens 7 aufweist und in jedem Fall eine höhere Ordnungszahl hat als das leichte Gas, mit welchem im vorgängigen Verfahrensschritt gespült wird. Das schwere Gas kann auch ein Gasgemisch sein, welches die gleichen Eigenschaften aufweist. Ein besonders geeignetes Gas aus dieser Gruppe ist Argon, da es die Eigenschaft aufweist, nur mit einer relativ geringen Durchflussrate durch die Poren der Wandung der Giessform zu fliessen. Versuche zeigen, dass der Druckausgleich zwischen der Innenwand der Giessform und der Aussenwand der Giessform bei Beaufschlagung einer Seite mit Argon 8-10 mal langsamer erfolgt als bei Beaufschlagung mit Helium. Dies bringt nun den Vorteil, dass die flüssige Schmelze im Formhohlraum der Giessform einem erhöhten Druck ausgesetzt werden kann, ohne dass der Unterdruck im Umgebungsraum der Giessform merklich reduziert wird. Dies führt zu einer noch besseren Füllung der Formhohlräume und einer verbesserten Struktur der abgegossenen Objekte.

[0009] Diese Vorteile des beschriebenen erfindungsgemässen Verfahrens werden durch eine Giesseinrichtung erreicht, welche zwei Quellen für je unterschiedliche Gase mit unterschiedlicher Dichte aufweist. Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Giessform in einem ersten gasdichten Behälter angeordnet ist und der Schmelztiegel und die Ausgussvorrichtung in einem zweiten, vom ersten getrennten Behälter angeordnet sind. Die beiden Behälter sind über Verbindungsleitungen und Steuerventile mit der ersten, bzw. zweiten Gasquelle verbunden und es sind Pumpen zum Erzeugen eines partiellen Unter-, bzw. Überdruckes, sowie entsprechende Steuereinrichtungen vorhanden. Wird im Bereich zwischen der Ausgussöffnung am Schmelztiegel und der Eingussöffnung an der Giessform ein dritter Gasraum ausgebildet, so ergibt sich der Vorteil, dass dieser Raum relativ klein ist und dadurch der Druckaufbau über der Eingussöffnung nach dem Füllen der Giessform schneller erfolgen kann und weniger Gas benötigt wird. Auch hier sind entsprechende Steuer- und Verbindungseinrichtungen zu den Gasquellen und/oder zum ersten, bzw. zweiten gasdichten Behälter vorgesehen.

[0010] Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Bereich der Ausgussöffnung des Schmelztiegels und der Bereich der Eingussöffnung der Giessform in Richtung der Giessachse gegeneinander verschiebbar sind. Dies ermöglicht einerseits eine bessere Zugänglichkeit zur Giessform und zum Schmelztiegel und andererseits ein Verbinden oder Trennen des ersten oder zweiten oder dritten Behälters voneinander. Dies durch Verschieben der Geräteteile mit dem Schmelztiegel oder der Geräteteile mit der Giessform gegeneinander. Zur Abdichtung ist zwischen diesen Geräteteilen mindestens eine Gasdichtedichtung ausgebildet.

[0011] Der Betrieb der erfindungsgemässen Giesseinrichtung und die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens in dieser Einrichtung erfolgt in zweckmässiger Weise mit einer Steuerung, welche ein Steuerprogramm zur Durchführung des Verfahrens enthält. Über diese Steuerung werden die entsprechenden Steuerventile und Steuereinrichtungen zwischen den Gasquellen und den gasdichten Behältern gesteuert. Diese Steuerung kann auch die Kontrolle der an sich bekannten Schmelz- und Abgussvorgänge übernehmen.

[0012] Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

Eine erfindungsgemässe Giesseinrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2

eine erfindungsgemässe Giesseinrichtung mit einem ersten und einem zweiten Behälter, und

Fig. 3

eine erfindungsgemässe Giesseinrichtung mit einem zusätzlichen dritten Gasraum.

[0013] Die in Fig. 1 dargestellte Giesseinrichtung besteht aus einem Behälter 5 mit einem Deckel 24, wobei die Verschlusseinrichtungen dieses Deckels 24 nicht dargestellt sind. Im Behälter 5 ist eine Giessform 2 mit einem Formhohlraum 3 positioniert. Diese Giessform 2 dient dazu, metallische Objekte, im dargestellten Beispiel, Schmuckstücke abzugiessen. Dabei sind eine Vielzahl von Objekten um einen zentralen Eingusskanal mit einem Eingussbereich 17 angeordnet und biiden ein baumartiges Gebilde. Die Giessform 2 besteht aus einem porösen Formmaterial, welches gasdurchlässig ist. Die Form wird in bekannter Weise mit Hilfe eines Wachsmodells hergestellt, welches nach dem Herstellen der Giessform 2 ausgeschmolzen wird. Über der Giessform 2 ist auf einem Zwischenträger ein Schmelztiegel 1 positioniert. Dieser Schmelztiegel 1 umfasst einen Sammelraum 25 für Rohmaterial, bzw. geschmolzenes Metall und eine Ausgussöffnung 14 im Bodenbereich des Schmelztiegels 1. Diese Ausgussöffnung 14 ist mit einem Stopper 15 verschlossen und kann über eine Betätigung 16 durch nicht dargestellte, aber an sich bekannte Stellorgane geöffnet und geschlossen werden. Um den Schmelztiegel 1 ist eine Erwärmungseinrichtung in der Form einer Induktionsspule angeordnet, welche im dargestellten Beispiel ebenfalls nicht dargestellt, aber an sich bekannt ist. Der Stopper 15 und die Ausgussöffnung 14, sowie die Betätigung 16 bilden die Ausgussvorrichtung 4. Der Innenraum 26 des Behälters 5 ist mit Hilfe des Deckels 24 gasdicht verschlossen. Der Innenraum 26 bildet gleichzeitig den Umgebungsraum zur Giessform 2. Eine Verbindungsleitung 19 verbindet diesen Innenraum 26 mit einer ersten Gasquelle 6, beispielsweise einer Druckgasflasche, welche Helium enthält. In der Verbindungsleitung 19 ist ein Ventil 22 angeordnet, welches Stellorgane aufweist und über Steuerleitungen 23 mit einer Steuerung 10 verbunden ist. Über eine weitere Verbindungsleitung 11 ist der Innenraum 26 des ersten Behälters 5 mit einer Vakuumpumpe 8 verbunden, welche ebenfalls über eine Steuerleitung 23 mit der Steuerung 10 verbunden ist. In der Verbindungsleitung 11 ist ebenfalls ein Ventil 21 mit Stellorganen und Steuerleitungen zur Steuerung 10 eingebaut. Die Vakuumpumpe 8 kann zusätzlich mit einem nicht dargestellten Vakuumtank ergänzt sein.

[0014] Über eine weitere Verbindungsleitung 12 ist der Innenraum 26 des Behälters 5 mit einer zweiten Gasquelle 7 verbunden, welche im beschriebenen Beispiel Argon enthält. Zwischen der zweiten Gasquelle 7 und dem ersten Behälter 5 ist eine Überdruckeinrichtung 9, beispielsweise in der Form einer Druckpumpe und ein Ventil 20 eingebaut, wobei diese Elemente wiederum über Steuerleitungen 23 mit der Steuerung 10 verbunden sind.

[0015] In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist der Formhohlraum 3 der Giessform 2 mit Metall gefüllt und im Eingussbereich 17 ist der Spiegel 18 der eingegossenen Schmelze erkennbar. Das Füllen des Formhohlraumes 3 mit flüssiger Schmelze erfolgt nach folgendem Verfahren. In einem ersten Schritt wird die Giessform 2 in den Behälter 5 eingesetzt und der Sammelraum 25 des Schmelztiegels 1 mit der notwendigen Menge Rohmaterial gefüllt. Zum Abgiessen von Schmuckstücken finden normalerweise Rohmaterialien wie Gold, Silber oder Platin Verwendung, wobei auch andere Materialien eingesetzt und auch andere Objekte, wie z.B. Kunstobjekte oder industrielle Kleinteile abgegossen werden können. Das Volumen des Schmelztiegels 1 liegt dabei etwa zwischen 5 bis 2000 cm³. Anschliessend wird der Behälter 5 mit dem Deckel 24 gasdicht verschlossen und das im Schmelztiegel 1 vorhandene Metall mit Hilfe der nicht dargestellten Erwärmungseinrichtung geschmolzen. Während oder nach Beendigung des Schmelzvorganges wird der gesamte Innenraum 26 des Behälters 5 mit Hilfe der Vakuumpumpe 8 auf einen Unterdruck von mindestens 100 mbar evakuiert. Dadurch wird die beim Füllen des Behälters 5 eingetretene Luft aus dem Innenraum 26 und dem Formhohlraum 3 abgezogen und auch die Poren in der Wandung der Giessform 2 werden evakuiert. Sobald ein gewünschter, vorgegebener Unterdruck erreicht ist, wird über das Ventil 22 aus der ersten Gasquelle 6 ein leichtes Gas mit einer geringen Dichte, im beschriebenen Beispiel Helium, in den Innenraum 26 des Behälters 5 eingelassen und insbesondere der Formhohlraum 3 mit diesem leichten Gas gespült. Dazu kann über die Pumpe 8 weiterhin ein geringer Unterdruck aufrechterhalten werden, sodass das Spülen der ganzen Giessform 2 gewährleistet ist. Während dieses Spülvorganges mit dem leichten Gas Helium dringt dieses auch in die Poren in den Wandungen der Giessform 2 ein und füllt diese auf. Da Helium sehr leicht in Poren und Kapillaröffnungen eindringt und hohe Durchflussraten aufweist, wird der ganze Körper der Giessform 2 relativ rasch vom Helium durchdrungen. Sobald dieser Zustand erreicht ist, wird das Ventil 22 geschlossen und unter Aufrechterhaltung eines geringen Unterdruckes im Innenraum 26 des ersten Behälters 5 der Stopper 15 geöffnet. Dadurch fliesst das geschmolzene Metall über die Ausgussöffnung 14 in den Eingussbereich 17 an der Giessform 2 bis der Formhohlraum 3 ausgefülllt ist. Nun wird das Ventil 21 ebenfalls geschlossen und dafür das Ventil 20 geöffnet und der Innenraum 26 des Behälters 5 mit einem schweren Gas, im beschriebenen Beispiel mit Argon gefüllt. Über die Überdruckeinrichtung 9 wird ein Überdruck von 1000 mbar aufgebracht und dieser Überdruck wirkt direkt auf den Spiegel 18 der Schmelze im Formhohlraum 3. Dadurch wird die Schmelze im Formhohlraum 3 in die äussersten Bereiche des Formhohlraumes 3 gedrückt und das leichte Gas Helium vollständig aus dem Formhohlraum 3 verdrängt. Das schwere Gas Argon hat dabei die Eigenschaft, dass es nur sehr schlecht in die Poren der Giessform 2 eindringt und deshalb der Druckaufbau vorerst nur auf den Spiegel 18 der Schmelze im Formhohlraum und nur reduziert über die Wandung als Gegendruck wirkt. Sobald die Schmelze im Formhohlraum 3 erstarrt ist, wird das Ventil 20 geschlossen und nach Vornahme eines Druckausgleichvorganges kann der Deckel 24 geöffnet und die Giessform 2 aus dem Behälter 5 entnommen werden. Damit ist die Einrichtung für einen erneuten Giessvorgang mit einer neuen, leeren Giessform 2 bereit. Die Steuerung des ganzen Giessverfahrens erfolgt über eine Steuerung 10, z.B. einem Steuerrechner, welcher mit einem entsprechenden Steuerprogramm und einer Eingabeeinrichtung ausgestattet ist. Abhängig vom zu vergiessenden Material und von anderen Giessparametern kann das Programm und damit das Giessverfahren an die entsprechenden Randbedingungen angepasst werden. Bei Verwendung von anderen Gasen in der ersten, bzw. zweiten Gasquelle 6, 7 werden auch diese Änderungen von der Steuerung 10 berücksichtigt.

[0016] Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Giesseinrichtung für Feingussteile, welche gegenüber dem Beispiel gemäss Fig. 1 vorteilhafte Ergänzungen aufweist. Die Giesseinrichtung besteht dabei aus zwei Behältern, nämlich einem ersten Behälter 5', welcher die Giessform 2 aufnimmt und einem zweiten Behälter 13, welcher den Schmelztiegel 1 aufnimmt. Die beiden Behälter 5' und 13 sind gasdicht miteinander verbindbar, wobei die entsprechenden Verbindungseinrichtungen nicht dargestellt sind. Auf dem zweiten Behälter 13 ist wiederum ein Deckel 24 angeordnet, welcher über ebenfalls nicht dargestellte Verbindungsmittel gasdicht mit dem Behälter 13 verbindbar ist. Der Behälter 13 weist einen Boden 27 auf, in welchem mindestens ein Verbindungskanal 28 angeordnet ist. Der Boden 27 des zweiten Behälters 13 liegt dabei über eine Dichtung 29 an der oberen Fläche 30 der Giessform 2 auf. Die Giessform 2 ist im dargestellten Beispiel auf einer Hub- und Senkeinrichtung 31 abgestellt, mittels welcher die Giessform 2 gegen den Boden 27 und damit gegen die Ausgussöffnung 14 gefahren oder von dieser wegbewegt werden kann. Dadurch ist es möglich, den Innenraum des ersten Behälters 5' mit dem Innenraum des zweiten Behälters 13 über die Verbindungskanäle 28 miteinander zu verbinden, wenn die Giessform 2 nach unten abgesenkt wird und nicht mehr an der Dichtung 29 anliegt. Im Schmelztiegel 1 ist im dargestellten Beispiel noch nicht geschmolzenes Rohmaterial eingefüllt, d.h. es ist der Ausgangszustand vor dem Beginn des Schmelzvorganges und des Abgiessvorganges dargestellt.

[0017] Nach dem Schmelzen des rohen Metalls im Schmelztiegel 1 werden die beiden Innenräume des ersten Behälters 5' und des zweiten Behälters 13 über die Vakuumpumpe 8 und die Verbindungsleitung 11 auf einen vorbestimmten Druck evakuiert. Der Innenraum des Behälters 5' bildet dabei den Umgebungsraum zur Giessform 2. Der Aufbau des Unterdruckes im Formhohlraum 3 erfolgt über den Innenraum des zweiten Behälters 13 und die Verbindungskanäle 28, welche in den Eingussbereich 17 der Giessform 2 münden. Bei dieser Anordnung ist zusätzlich zum Ventil 21 in der Verbindungsleitung 11 ein zweites Ventil 32 angeordnet, welches die Pumpe 8 mit dem Innenraum des zweiten Behälters 13 verbindet. Wenn die Giessform 2 an der Dichtung 29 am Boden 27 anliegt, sind zum Evakuieren beide Ventile 21 und 32 geöffnet, um sowohl im ersten Behälter 5' wie auch im zweiten Behälter 13 den gewünschten Unterdruck zu erzeugen und die unerwünschten Gase aus dem Formhohlraum 3 abzusaugen. Das Evakuieren kann auch bei abgesenkter Giessform 2 erfolgen, wobei dann nur eines der beiden Ventile 21, bzw. 32 geöffnet sein muss. Vor Beginn des Abgiessvorganges wird in diesem Fall die Giessform 2 mit Hilfe der Einrichtung 31 gegen die Dichtung 29 gefahren. Nach Erreichen des gewünschten Unterdruckes wird das Ventil 22 geöffnet und aus der ersten Gasquelle 6 wird ein leichtes Gas in die Behälter 5' und 13 eingelassen. Auch in diesem Beispiel wird Helium als leichtes Gas mit einer geringen Dichte verwendet. Die Zeit, welche benötigt wird, bis das leichte Gas die Poren der Giessform 2 durchflossen und gefüllt hat, ist von der Grösse der Giessform 2 und dem gewählten Formmaterial abhängig. Sobald die Poren gespült und mit Helium gefüllt sind, wird der Spülvorgang abgebrochen, indem das Ventil 22 geschlossen wird. Zur Verbesserung des Spülvorganges kann ein zusätzliches Ventil 33 eingebaut werden. In diesem Fall wird während des Spülvorganges das Ventil 32 geschlossen und über das Ventil 21 weiterhin ein Unterdruck im Umgebungsraum der Giessform 2 erzeugt. Das leichte Gas Helium strömt dann in den zweiten Behälter 13 und über die Verbindungskanäle 28 in den Formhohlraum 3 und durchdringt von innen nach aussen die Giessform 2. Bei beiden Varianten wird vor Beginn des Abgiessvorganges das Ventil 21 geschlossen und nur noch über das Ventil 32 ein vorbestimmter Unterdruck im Formhohlraum 3 aufrechterhalten. Sobald der Formhohlraum 3 mit flüssiger Schmelze gefüllt ist, wird auch das Ventil 32 geschlossen und das Ventil 20 geöffnet. Aus der zweiten Gasquelle 7 und über die Verbindungsleitung 12 wird das schwere Gas, im dargestellten Beispiel wiederum Argon, in den Innenraum des zweiten Behälters 13 eingelassen und dieses schwere Gas Argon beaufschlagt über die Verbindungskanäle 28 den Spiegel der Schmelze im Eingussbereich 17 des Formhohlraumes 3. Über die Überdruckeinrichtung 9 wird nun im zweiten Behälter 13 gegenüber dem Umgebungsraum der Giessform 2 im ersten Behälter 5' ein Überdruck aufgebaut. Dies bewirkt wiederum, dass die flüssige Schmelze im Formhohlraum 3 in die äussersten Bereiche des Formhohlraumes 3 dringt, da das leichte Gas Helium ohne grossen Widerstand über die Poren der Giessform 2 in den Umgebungsraum abfliesst. Da hier das schwere Gas Argon nur den Eingussbereich 17 des Formhohlraumes 3 beaufschlagt, ist das Abströmen des leichteren Gases Helium aus dem Formhohlraum 3 in den Umgebungsraum des Behälters 5' erleichtert, da um die Giessform 2 kein Überdruck aufgebaut wird.

[0018] Fig. 3 zeigt ein zusätzlich verbessertes Ausführungsbeispiel, bei welchem zwischen dem ersten Behälter 5" und dem zweiten Behälter 13 ein dritter Gasraum 34 ausgebildet ist. Dieser dritte Gasraum 34 ist zwischen dem Boden 27 des zweiten Behälters 13 und einer Zwischenwand 35 am ersten Behälter 5" ausgebildet. Diese Zwischenwand 35 dichtet die obere Fläche 30 der Giessform 2 gegen den Umgebungsraum im ersten Behälter 5" ab. Der erste Behälter 5" und der zweite Behälter 13, sowie der Deckel 24 sind auch in diesem Ausführungsbeispiel über nicht dargestellte Verbindungsmittel gasdicht miteinander verbunden. Vor Beginn des Abgiessvorganges wird mit Hilfe der Vakuumpumpe 8 und durch Öffnen der Ventile 21 und 32 in den beiden Innenräumen der beiden Behälter 5", bzw. 13 ein gewünschter Unterdruck von 60 mbar erzeugt. Über die Poren in den Wandungen der Giessform 2 wird auch der Formhohlraum 3 und damit der dritte Gasraum 34 evakuiert. Damit bringt diese Ausführungsform den zusätzlichen Vorteil, dass die im Formhohlraum 3 vorhandene Luft oder andere Gase in jedem Fall nach aussen abgesogen wird. Der Aufbau des gleichen Unterdruckes im Behälter 13 ist notwendig, um das Nachströmen von unerwünschten Gasen in den dritten Gasraum 34 zu verhindern. Nach Erreichen des gewünschten Unterdrukkes wird das Ventil 22 geöffnet, und aus der ersten Gasquelle 6 wird über die Leitung 19 das leichte Gas in der Form von Helium in den Innenraum des Behälters 13 und den dritten Gasraum 34 eingelassen. Es ist eine zusätzliche Verbindungsleitung 36 zwischen der Leitung 19 und dem dritten Gasraum 34 angeordnet. Das Ventil 21 bleibt dabei offen, so dass wegen des Unterdruckes im Umgebungsraum zur Giessform 2 im ersten Behälter 5" das Helium vom dritten Gasraum 34 über den Formhohlraum 3 nach aussen in den Umgebungsraum der Giessform 2 strömt. Dies gewährleistet ein vollständiges Durchspülen der Poren und Kapillaröffnungen in den Wandungen der Giessform 2, sodass diese vollständig mit Helium gefüllt werden. Sobald dieser Zustand erreicht ist, wird das Ventil 22 in der Leitung 19 geschlossen und das Abgiessen der flüssigen Schmelze in den Formhohlraum 3 kann in der bereits beschriebenen Weise erfolgen. Sobald der Formhohlraum 3 mit flüssiger Schmelze gefüllt ist, wird dem dritten Gasraum 34 über die Verbindungsleitung 12' direkt das schwere Gas in der Form von Argon zugeführt. Dies erfolgt wiederum über das Ventil 20, die zweite Gasquelle 7 und die Überdruckeinrichtung 9. Der gewünschte Überdruck, in diesem Beispiel von 3000 mbar, gegenüber dem Umgebungsraum zur Giessform 2 im ersten Behälter 5" wird dabei nur im dritten Gasraum 34 aufgebaut. Da dieser dritte Gasraum 34 klein gehalten werden kann, wird nur eine geringe Menge Argon benötigt, und auch der Aufbau des gewünschten Überdruckes kann sehr schnell und mit geringem Energieaufwand erfolgen. Diese Ausgestaltung der Giesseinrichtung führt zu einer Optimierung des erfindungsgemässen Giessverfahrens und der Gasverbrauch sowohl des schweren wie auch des leichten Gases wird auf ein Minimum reduziert.

[0019] An Stelle der zu den Beispielen erwähnten Gaswechselkombinationen Helium/ Argon sind verschiedene andere Kombinationen möglich. Wenn Reingase eingesetzt werden, sind beispielsweise Kombinationen wie Stickstoff/Argon oder Helium/Stickstoff möglich. Mit Mischgasen ist beispielsweise eine Kombination von Stickstoff als leichtem Gas, mit Kohlendioxid als schwerem Gas einsetzbar.

Ansprüche

1. Verfahren zum Gießen von metallischen Objekten in einer Gießeinrichtung für Feinguß mit mindestens einer porösen Gießform (2), einer Einrichtung (4) zum Eingießen von flüssigem Metall in die Gießform (2) und mit Einrichtungen zum Erzeugen von Vakuum und Druck, wobei vor dem Beginn des Gießvorganges im Formhohlraum (3) und im Umgebungsraum der Gießform (2) ein Unterdruck erzeugt wird, dann der Formhohlraum (3) und der Umgebungsraum der Gießform (2) mit einem leichten Gas, mit geringer Dichte, gespült wird, während des Spülens die Poren in den Wandungen der Gießform (2) mindestens teilsweise mit dem leichten Gas gefüllt werden, anschließend mindestens im Formhohlraum (3) erneut ein Unterdruck erzeugt wird, dann die flüssige Schmelze in den Formhohlraum (3) eingefüllt und der Formhohlraum (3) gefüllt wird, nach dem Füllen des Formhohlraumes (3) der Spiegel (18) der Schmelze im Eingußbereich (17) des Formhohlraumes (3) mit einem anderen, schweren Gas, mit höherer Dichte, beaufschlagt und im Gasraum mit dem schweren Gas gegenüber den Hohlräumen in den Poren der Gießform (2) ein Überdruck erzeugt wird, wobei als das leichte Gas Wasserstoff oder Helium oder Stickstoff oder Sauerstoff oder Fluor oder Neon verwendet wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als leichtes Gas ein Gas verwendet wird, dessen Dichte mindestens um den Faktor 1,2 kleiner ist als die Dichte des schweren Gases.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als schweres Gas ein Gas aus dem Periodensystem mit der Ordnungszahl von mindestens 7, beispielsweise Argon, verwendet wird, wobei das schwerere Gas eine höhere Ordnungszahl aufweist als das leichtere.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichet, daß vor dem Beginn des Gießvorganges ein Unterdruck von mindestens 100 mbar und am Ende des Gießvorganges im schweren Gas ein Überdruck gegenüber dem Druck in den Hohlräumen der Poren der Gießform (2) von mindestens 10 mbar erzeugt wird.

5. Gießeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, umfassend einen Schmelztiegel (1) mit einer Angußvorrichtung (4) und mindestens einer Gießform (2) mit einem Formhohlraum (3), wobei die Gießform (2) aus einem mindestens teilweise porösen und gasdurchlässigen Material besteht, diese Gießform (2) in einem gasdichten Behälter (5) angeordnet ist, dieser Behälter (5) mit einer ersten Quelle (6) für das leichte Gas und einer zweiten Quelle (7) für das schwere Gas verbunden ist, eine Verbindungsleitung (11) zu einer Pumpe (8) zum Erzeugen von Unterdruck im Behälter (5) vorhanden ist, in der Verbindungsleitung (12) zwischen Behälter (5) und zweiter Gasquelle (7) zusätzlich eine Einrichtung (9) zur Erzeugung von Überdruck angeordnet ist und die Gießeinrichtung ferner so eingerichtet ist, daß die Gießform (2) während des Spülvorganges Verbindung zu der ersten Quelle (6) für das leichte Gas hat, so daß während des Spülens die Poren in den Wandungen der Gießform (2) mindestens teilweise mit dem leichten Gas gefüllt werden.

6. Gießeinrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel (1) und die Angußvorrichtung (4) in einem zweiten gasdichten Behälter (13) angeordnet sind und dieser Behälter (13) über ein Ventil (20) und eine Verbindungsleitung (12) mit der Einrichtung (9) zur Erzeugung von Überdruck verbunden ist.

7. Gießeinrichtung nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ausgußöffnung (14) am Schmelztiegel (1) und der Eingußöffnung (17) an der Gießform (2) ein dritter Gasraum (34) ausgebildet ist.

8. Gießeinrichtung nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Ausgußöffnung (14) des Schmelztiegels (1) und der Bereich der Eingußöffnung (17) der Gießform (2) in Richtung der Gießachse gegeneinander verschiebbar sind.

9. Gießeinrichtung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bereich der Ausgußöffnung (14) des Schmelztiegels (1) und dem Bereich der Eingußöffnung (17) der Gießform (2) mindestens eine gasdichte Dichtung (29) angeordnet ist.

10. Gießeinrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Gasraum (34) über eine Verbindungsleitung (12') mit der Einrichtung (9) zur Erzeugung von Überdruck und/oder über eine Verbindungsleitung (36) mit der ersten Gasquelle (6) verbunden ist.

11. Gießeinrichtung nach einem der Patentansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mit einer Steuerung (10) mit einem dem Verfahren gemäß Anspruch 1 entsprechenden Steuerprogramm und mit Steuerventilen (20, 21, 22, 32) in den Verbindungsleitungen (11, 12, 19) für die Gase ausgestattet ist.

Claims

1. Method for casting metallic objects in a casting device for investment casting, with at least one porous casting mould (2), a device (4) for pouring liquid metal into the casting mould (2) and with devices for producing vacuum and pressure, wherein an underpressure is produced in the mould cavity (3) and in the surrounding space of the casting mould (2) before the casting operation commences, the mould cavity (3) and the surrounding space of the casting mould (2) are then flushed with a light gas, of a low density, the pores in the walls of the casting mould (2) are filled at least partly with the light gas during flushing, an underpressure is subsequently again produced at least in the mould cavity (3), the liquid melt is then fed into the mould cavity (3) and the mould cavity (3) is filled, after the mould cavity (3) has been filled another, heavy gas, of a higher density, acts on the surface (18) of the melt in the pouring region (17) of the mould cavity (3) and an overpressure with respect to the cavities in the pores of the casting mould (2) is produced in the gas space with the heavy gas, wherein hydrogen or helium or nitrogen or oxygen or fluorine or neon is used as the light gas.

2. Method according to Claim 1, characterized in that the light gas which is used is a gas whose density is lower than the density of the heavy gas by a factor of 1.2.

3. Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the heavy gas which is used is a gas from the periodic table having the atomic number of at least 7, for example argon, wherein the heavier gas has a higher atomic number than the lighter one.

4. Method according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that an underpressure of at least 100 mbar is produced before the casting operation commences, and an overpressure of at least 10 mbar with respect to the pressure in the cavities of the pores of the casting mould (2) is produced in the heavy gas at the end of the casting operation.

5. Casting device for carrying out the method according to Claim 1, comprising a crucible (1) with a discharge appliance (4) and at least one casting mould (2) with a mould cavity (3), wherein the casting mould (2) consists of a material which is at least partly porous and gaspermeable, this casting mould (2) is disposed in a gastight vessel (5), this vessel (5) is connected to a first source (6) for the light gas and to a second source (7) for the heavy gas, respectively, there is a connecting line (11) to a pump (8) for producing underpressure in the vessel (5), and a device (9) for producing overpressure is additionally disposed in the connecting line (12) between the vessel (5) and the second gas source (7) and furthermore the casting device is set up so that the casting mould (2) is connected with the first source (6) for the light gas during flushing, so that the pores in the walls of the casting mould (2) are filled at least partly with the light gas during flushing.

6. Casting device according to Claim 5, characterized in that the crucible (1) and the discharge appliance (4) are disposed in a second gastight vessel (13), and this vessel (13) is connected via a valve (20) and a connecting line (12) to the device (9) for producing overpressure.

7. Casting device according to Claim 5 or 6, characterized in that a third gas space (34) is formed between the discharge opening (14) in the crucible (1) and the pouring opening (17) in the casting mould (2).

8. Casting device according to any one of Claims 5 to 7, characterized in that the region of the discharge opening (14) in the crucible (1) and the region of the pouring opening (17) in the casting mould (2) can be displaced relative to one another in the direction of the casting axis.

9. Casting device according to Claim 8, characterized in that at least one gastight seal (29) is disposed between the region of the discharge opening (14) in the crucible (1) and the region of the pouring opening (17) in the casting mould (2).

10. Casting device according to Claim 7, characterized in that the third gas space (34) is connected via a connecting line (12') to the device (9) for producing overpressure and/or via a connecting line (36) to the first gas source (6).

11. Casting device according to any one of Claims 5 to 10, characterized in that the device is provided with a control (10) with a control program corresponding to the method according to Claim 1 and with control valves (20, 21, 22, 32) in the connecting lines (11, 12, 19) for the gases.

Revendications

1. Procédé pour le moulage d'objets métalliques dans un dispositif de moulage par coulée de précision, comprenant au moins un moule (2) poreux, une busette de coulée (4) pour couler du métal liquide dans le moule (2) et des dispositifs pour générer du vide et de la pression, dans lequel une sous-pression est générée avant le début du processus de coulage dans le creux (3) du moule et dans l'espace environnant du moule (2), puis le creux (3) du moule et l'espace environnant du moule (2) sont nettoyés avec un gaz léger de faible densité, les pores dans les parois du moule (2) sont remplis au moins en partie avec le gaz léger pendant le nettoyage, ensuite une sous-pression est à nouveau générée au moins dans le creux (3) du moule, puis le métal en fusion liquide est versé dans le creux (3) du moule et le creux (3) du moule est rempli, la surface (18) du métal en fusion dans la région de coulée (17) du creux (3) du moule est, après le remplissage du creux (3) du moule, couverte avec un autre gaz lourd de densité plus élevée et une surpression est générée dans le volume de gaz avec le gaz lourd par rapport aux creux dans les pores du moule (2), le gaz léger utilisé étant de l'hydrogène ou de l'hélium ou de l'azote ou de l'oxygène ou du fluor ou du néon.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme gaz léger un gaz dont la densité est au moins inférieure du facteur 1,2 à la densité du gaz lourd.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme gaz lourd, un gaz de la classification périodique au moins de numéro atomique 7, par exemple de l'argon, le gaz plus lourd ayant un numéro atomique plus élevé que le gaz plus léger.

4. Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'avant le début du processus de moulage, une sous-pression d'au moins 100 mbars et, à la fin du processus de moulage, une surpression d'au moins 10 mbar est générée dans le gaz lourd par rapport à la pression dans les creux des pores du moule (2).

5. Dispositif de moulage pour l'exécution du procédé selon la revendication 1, comprenant un creuset (1) avec une busette de coulée (4) et au moins un moule (2) avec un creux (3), le moule (2) étant constitué d'une matière au moins en partie poreuse et perméable aux gaz, ce moule (2) étant disposé dans un conteneur (5) imperméable aux gaz, ce conteneur (5) étant relié avec une première source (6) de gaz léger et une deuxième source (7) de gaz lourd, un conduit de raccordement (11) à une pompe (8) pour générer une sous-pression existant dans le conteneur (5), un dispositif (9) pour générer une surpression étant en outre disposé dans le conduit de raccordement (12) entre le conteneur (5) et la deuxième source (7) de gaz et le dispositif de moulage étant arrangé par ailleurs de telle sorte que le moule (2) est, pendant le processus de nettoyage, en contact avec la première source (6) de gaz léger, de sorte que, pendant le nettoyage, les pores dans les parois du moule (2) sont remplis au moins en partie avec le gaz léger.

6. Dispositif de moulage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le creuset (1) et la busette de coulée (4) sont placés dans un deuxième conteneur (13) imperméable aux gaz et ce conteneur (13) est raccordé au dispositif (9) pour générer une surpresion par le biais d'une vanne (20) et d'un conduit de raccordement (12).

7. Dispositif de moulage selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'un troisième volume de gaz (34) est formé entre le trou (14) de coulée dans le creuset (1) et l'ouverture (17) de coulée dans le moule (2).

8. Dispositif de moulage selon une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la région du trou (14) de coulée du creuset (1) et la région de l'ouverture (17) de coulée du moule (2) peuvent être déplacées l'une vers l'autre dans le sens de l'axe de coulée.

9. Dispositif de moulage selon la revendication 8, caratérisé en ce qu'au moins une garniture (29) imperméable aux gaz est disposée entre la région du trou (14) de coulée du creuset (1) et la région de l'ouverture (17) de coulée du moule (2).

10. Dispositif de moulage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le troisième volume de gaz (34) est raccordé au dispositif (9) pour générer une surpression par un conduit de raccordement (12') et/ou à la première source (6) de gaz par un conduit de raccordement (36).

11. Dispositif de moulage selon une des revendications 5 à 10, caratérisé en ce que le dispositif est équipé d'une commande (10) avec un programme de commande correspondant au procédé selon la revendication 1 et de vannes de commande (20, 21, 22, 32) dans les conduits de raccordement (11, 12, 19) pour les gaz.

Zeichnung