DE3417731A1

DE3417731A1 - Vakuum-praezisionsschmelz- und -giessofen mit schmelzkammer und kokillenkammer

Info

Publication number: DE3417731A1
Application number: DE19843417731
Authority: DE
Inventors: Manfred 6460 Gelnhausen Hartmann; Wolfgang 6361 Niddatal Reuter
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1984-05-12
Filing date: 1984-05-12
Publication date: 1985-11-14
Also published as: DE3417731C2; JPH0471626B2; US4590983A; JPS60250870A

Description

LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504

D-5000 Köln - 51

Vakuum-Präzisionsschmelz- und -gießofen mit Schmelzkammer und ,Kokillenkammer "

Die Erfindung betrifft einen Vakuum-Präzisionsschmelz- und -gießofen mit einer Schmelzkammer mit darin befindlicher Schmelzvorrichtung, mit einer heb- und senkbar sowie seitlich ausschwenkbar darunter angeordneten Kokill en kammer, die durch eine Ventilkammer mit einem Vakuumventil mit der Schmelzkammer verbunden ist und in der ein Hubtisch für den Hub der Kokille bis unter die Schmelzvorrichtung angeordnet ist, mit einem Hubantrieb für die Kokillenkammer und und mit einer Betätigungsstange für das Vakuumventil .

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Durch die GB-PS 1 349 099 ist ein Vakuumofen der eingangs beschriebenen Gattung bekannt, bei dem die Kokillenkammer mit dem Hubtisch für die Kokille Teil eines Karussells ist, zu dem noch mindestens eine weitere Kokillenkammer mit einem weiteren Hubtisch gehört. Der Hubantrieb für die Kokillenkammer wird dabei durch eine heb- und senkbare Schwenksäule gebildet, die seitlich neben dem Ofengehäuse in einem Ofengestell gelagert ist und die zum Zwecke der erforderlichen Abdichtung zum Ofengehäuse exakt ausgerichtet werden muß. Die Antriebsstangen für die zwischen den insgesamt'drei Ofenkammern angeordneten Vakuumventile verlaufen im rechten Winkel zu den verschiedenen Hubantrieben. Der Gesamtaufbau des Vakuumofens ist kompliziert und hat zudem einen erheblichen Raumbedarf. Die bekannte Lösung schafft nicht die Möglichkeit, eine beispielsweise ursprünglich vorhandene Schmelzkammer mit Schmelzvorrichtung nachträglich durch einen entsprechenden Anbau zu ergänzen.

Ein Vakuumofen der eingangs beschriebenen Gattung ist in vereinfachter Ausführungsform auch unter der Typenbezeichnung IS 2/1 durch die Anmelderin bekannt geworden. Hierbei werden vorgeheizte Kokillen in die seitlich ausgeschwenkte Kokillenkammer eingesetzt. Für die Schwenkbewegung der Kokillenkammer ist gleichfalls seitlich am Ofengestell eine Schwenksäule angeordnet, die sorgfältig gegenüber der Dichtungsfläche zwischen der Ventilkammer und der

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Kokillen kammer einjustiert werden muß. Die Antriebsstange für das Vakuumventil verlä'uft gleichfalls im rechten Winkel zur Schwenksäule. Auch hier ist eine nachträgliche Umrüstung von einem einfachen Schmelzofen zum Feingußofen nur schwer möglich, da die Antriebe für die verschiedenen beweglichen Ofenteile schwierig zu justieren sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumofen der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, bei dem eine präzise Ausrichtung der einzelnen beweglichen Teile zueinander von Anfang an gewährleistet ist, und der insbesondere auch durch nachträgliche Umrüstung eines vorhandenen einfachen Gießofens herstellbar ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Vakuumofen erfindungsgemäß dadurch, daß an der Ventilkammer eine vertikale Hohlachse befestigt ist, durch deren Inneres die Betätigungsstange für das Vakuumventil vakuumdicht hindurchgeführt ist und auf deren Außenfläche eine Führungshülse für die Kokillenkammer angeordnet ist.

Beim Erfindungsgegenstand bilden die Ventilkammer mit der angebauten vertikalen Hohlachse ein Bezugssystem, das mit hoher Präzision einfach herzustellen ist. So kann insbesondere die vertikale Hohlachse

exakt senkrecht zu den beiden horizontal verlaufenden Begrenzungswänden der Ventil kammer ausgerichtet werden, dje die beiden Dichtsitze für das Vakuumventil einerseits und für die Kokillenkammer andererseits aufweisen. Da die Hohlachse gleichzeitig eine exakte Radialführung des Ventilteller und der Kokillenkammer gewährleistet, ist stets eine genaue Planlage der jeweiligen Dichtungspaare gewährleistet. Die Ventilkammer mit der vertikalen Hohlachse läßt sich vor allem leicht als Baugruppe herstellen, die auch nachträglich mit einem herkömmlichen Gießofen-vereinigt werden kann. Da sämtliche Führungsfunktionen von der vertikalen Hohlachse übernommen werden, wird di.e Justierung relativ zur Schmelzkammer von Haus aus mitgeliefert, ohne daß es hierzu komplizierter Montage- und Justierarbeiten bedarf.

Es ist dabei in Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn am unteren Ende der Betätigungsstange für das Vakuumventil eine Steuerkurve angeordnet ist, durch welche der Betätigungsstange auf einem Teil ihres vertikalen Weges eine Drehbewegung überlagerbar ist.

Diese Steuerkurve ermöglicht mittels nur eines Antriebes eine an· fängliche Schwenkbewegung des Ventilteller bis zu dessen Ausrichtung auf den zugehörigen Ventilsitz

und nachfolgend ein Anpressen des Ventil tellers an den Ventilsitz, ohne daß hierbei noch eine weitere Schwenkbewegung ausgeführt werden müßte.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Vertikalschnitt durch die wesentlichen Peile des Erfindungsgegenstandes,

Figur 2 eine Seitenansicht des Kurvenk'drpers

mit der Steuerkurve für die Ventilbetätigung,

Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Figur 1 im Bereich des Kurvenkörpers gemäß Figur 2,

Figur 4 einen Teilausschnitt im Kreis IV in Figur 1 in vergrößertem Maßstab und Figur 5 eine Draufsicht auf die VentiTkammer.

In Figur 1 ist ein Vakuum-Präzisionsschmelz- und -gießofen dargestellt, dessen zentraler Teil eine Ventil kammer 1 mit einer oberen Begrenzungswand 2 und einer unteren Begrenzungswand 3 ist. Die obere Begrenzungswand 2 besitzt auf ihrer Unterseite einen Ventilsitz 4, der durch die Unterseite eines auswechselbar in der Begrenzungswand' befestigten Ringes 5 gebildet wird. Auf der Ventilkammer 1 ist mittels eines Ringflansches 6 eine Schmelzkammer 7 befestigt, in der eine Schmelzvorrichtung 8 untergebracht ist. Bei dieser Schmelzvorrichtung handelt es sich beispielhaft um einen mittels einer Induktionsspule 9 beheizten, um eine nicht gezeigte waagrechte Achse kippbaren Tiegel 10, dessen schmelzflüssiger Inhalt im wesentlichen in Richtung der senkrechten Ofenachse A-A entleert werden kann. An die Stelle eines kippbare Tiegels 10 kann aber auch ein stationärer Tiegel mit einer Bodenöffnung treten, die alsdann konzentrisch zur Ofenachse A-A anzuordnen ist.

Bei Anwendung einer kippbaren Schmelzvorrichtung besitzt die Schmelzkammer 7 eine seitliche Ausbuchtung 7a, in der die Schmelzvorrichtung untergebracht ist.

Die untere Begrenzungswand 3 weist gleichfalls einen Dichtsitz 11 auf, der zur Ofenachse A-A konzentrisch verläuft. An diesen Ventilsitz 11 ist eine Kokillenkammer 12 anpreßbar, die im Bereich ihrer öffnung

einen Ringflansch 13 aufweist und an ihrem unteren Ende durch einen Boden 14 verschlossen ist, an dem ein Hubantrieb 15 befestigt ist. Dieser Hubantrieb besitzt eine Kolbenstange 16, an deren oberem Ende ein Hubtisch 17 für die Vertikalbewegung einer Kokille 18 befestigt ist. Für eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Hubtisch 17 und dem'Boden 14 sorgt ein Faltenbalg 19. Um den Hxbtisch 17 an einem Verdrehen gegenüber der Kokillenkammer 12 zu hindern, besitzt der Hubtisch eine Führungsstange 20, die in einem vakuumdichten Führungsrohr 21 geführt ist. Mittels des Hubtisches 17 ist es möglich, die Kokille 18 in die obere, gestrichelt dargestellte Gieß-Position 18a zu bringen.

An der unteren Begrenzungswand 3 ist eine vertikale Hohlachse 22 befestigt, durch deren Inneres eine Betätigungsstange 23 für ein Vakuumventil 24 hindurchgeführt ist, das sich an einem Ausleger 25 schwenkbar sowie heb- und senkbar in der Ventilkammer 1 befindet. Am Ausleger 25 ist noch ein Strahlungsschutz 26 befestigt, der das Vakuumventil 24 in geschlossenem Zustand vor einer übermäßigen Wärmebelastung durch die vorgeheizte Kokille schützt.

Mittels der Betätigungsstange 23 kann durch eine Axial bewegung das Vakuumventil 24 an den Ventilsitz

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angepreßt und von diesem wieder abgehoben werden. Durch eine getrennte oder überlagerte Schwenkbewegung der Betätigungsstange 23 kann das Vakuumventil 24 aber auch in eine solche Position ausgeschwenkt werden, daß die Kokille 18 in die gestrichelt dargestellte Position 18a nach oben angehoben werden kann. Solange das Vakuumventil geschlossen ist, kann in der Schmelzkammer 7 eine Charge des Gießwerkstoffs aufgeschmolzen werden, während die Kokillenkammer 12 chargiert werden kann» Zu Wartungs- und Montagezwecken ist die obere Begrenzungswand 2 mit zwei Deckeln 27 und 28 versehen.

Zwecks Herbeiführung einer kombinierten Hub-Drehbewegung ist die Betätigungsstange 23 an ihrem unteren Ende mit einem Kurvenkörper 29 versehen, dessen Einzelheiten anhand von Figur 2 näher erläutert werden. Dieser Kurvenkörper besitzt eine Steuerkurve 30, die sich aus zwei achsparallelen Teilabschnitten 31 und 33 zusammensetzt, die auf dem Umfang gegeneinander versetzt sind, sowie aus einem die achsparallelen Teilabschnitte miteinander verbindenden Rampenabschnitt 32, der unter einem Winkel von beispielsweise 45 Grad zu einer achsparallelen Mantellinie des Kurvenkörpers 29 verläuft. Die Schließbewegung des Ventilteller wird dadurch in folgende Schritte unterteilt:

1. linearer Hub,

2. Schwenkbewegung unter den Ventilsitz,

3. lineares Anpressen an den Ventilsitz.

Der Kurvenkörper 29 ist in einer Rollenhalterung geführt, die in Figur 3 gezeigt ist und mittels

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dreier Distanzbolzen 35 an einem Ringflansch 36 aufgehängt ist, der verdrehfest mit der Hohlachse 22 verbunden ist. Die Rollenhalterung 34 besteht aus einem Ring 37, in dem mittels nicht näher bezeichneter Kugellager eine Rolle 38 gelagert ist, deren Rotationsachse radial ausgerichtet ist. Diese Rolle besitzt einen zylindrischen Kopf 39i mit dem sie in die Steuerkurve 30 des Kurvenkörpers 29 eingreift. Es versteht sich, daß der Kurvenkörper 29 bei der Ausführung einer Vertikalbewegung gegenüber der Rollenhalterung 34 eine zusammengesetzte Hub-Drehbewegung ausführt,,die dem räumlichen Verlauf der Steuerkurve 30 entspricht und die die gewünschte Bewegung des Vakuumventils 24 herbeiführt. Die Raumform der Steuerkurve 30 ist dabei so gewählt, daß die beiden Teilabschnitte 31 und 33 einen Winkelversatz von 90 Grad aufweisen. Dies führt dazu, daß die Betätigungsstange 23 bei Ausführung ihres vollen Hubes eine Schwenkbewegung von 90 Grad ausführt.

Zur Herbeiführung einer Hubbewegung der Betätigungsstange 23 ist der Kurvenkörper 29 mit der Kolbenstange 40 eines Hubzylinders 41 verbunden, der sich über eine Flanschplatte 42 an Verlängerungen der Distanzbolzen 35 abstützt. Auf der Kolbenstange 40 ist ein rotationssymmetrischer Nocken 43 befestigt, der wahlweise mit zwei Endschaltern 44 und 45 zusammenwirkt. Auf diese Weise werden zwei Stellungsmelder gebildet, durch welche die Endstellungen des Vakuum-

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ventils 4 an eine nicht gezeigte Steuereinrichtung gemeldet werden können. Die Endschalter 44 und 45 sind an einem der Distanzbolzen 35 bzw. an deren Verlängerung befestigt.

In der Hohlachse 22 befinden sich am oberen und am unteren Ende nicht näher bezeichnete Stopfbuchspackungen, die die erforderliche Vakuumdichtheit bewirken. Auf der zylindrischen Außenfläche der Hohlachse 22 befindet sich eine Führungshülse 46, die über eine radiale Anschlußlasche 47 mit der Kokillenkammer 12 verbunden ist. Die Führungshülse kann außer einer Drehbewegung auch eine Längsbewegung auf der Hohlachse 22 ausführen, so daß beispielsweise nach dem Einschwenken der Kokillenkammer 12 in die in Figur 1 gezeigte Position der Ringflansch 13 an den Dichtsitz 11 angepreßt werden kann. Zu diesem Zweck befindet sich im Bereich der Ofenachse A-A ein Hubantrieb 48 mit einer Kolbenstange 49, die nach dem Einschwenken der Kokillenkammer 12 auf die untere Stirnfläche des Hubantriebes einwirkt. Bei Betätigung des Hubantriebes 48 wird der gesamte Hubantrieb 15 und mit ihm die Kokillenkammer 12 sowie der Hubtisch 17 angehoben, und die Kokillenkammer 12 wird vakuumdicht mit der Ventilkammer verbunden.

Figur 4 zeigt noch im vergrößerten Detail, in welcher Weise der Ring 5 in die obere Begrenzungswand 2 der Ventilkammer 1 eingesetzt ist. Die Ab-

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dichtung wird dabei durch mehrere nicht näher bezeichnete Dichtringe bewirkt, was jedoch für sich genommen zum Stande der Technik gehört.

Aus Figur 5 sind noch nähere Einzelheiten der Ventil kammer 1 zu ersehen. Die Ventilkammer 1 hat in der Projektion auf eine horizontale Ebene in etwa die Form eines Kreissektors, wobei der Querschnitt so bemessen ist, daß das Vakuumventil 24 aus der linken/vorderen Position in die rechte/ hintere Position geschwenkt werden kann. Hierbei gelangt der Ausleger 25 aus der gestrichelten in die strichpunktiert dargestellte Position 25a. Es ist noch zu erkennen, daß die obere Begrenzungswand 2 gegenüber dem atmosphärischen Druck durch Versteifungsrippen 50 bzw. 51 versteift ist. Das Vakuumventil 24 ist dabei nach dem Prinzip eines Pendelschiebers aufgebaut, dessen Einzelheiten - für sich genommen - gleichfalls zum Stande der Technik gehören.

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Claims

ANSPRÜCHE:

1. Vakuum-Präzisionsschmelz- und -gießofen mit einer Schmelzkammer mit darin befindlicher Schmelzvorrichtung, mit einer heb- und -senkbar sowie seitlich ausschwenkbar darunter angeordneten Kokillenkammer, die durch eine Ventilkammer mit einem Vakuumventil mit der Schmelzkammer verbunden ist und in der ein Hubtisch für den Hub der Kokille bis unter die Schmelzvorrichtung angeordnet ist, mit einem Hubantrieb für die Kokillenkammer und mit einer Betätigungsstange für das Vakuumventil, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ventilkammer (1) eine vertikale Hohlachse (22) befestigt ist, durch deren Inneres die Betätigungsstange (23) für das Vakuumventil (24) vakuumdicht hindurchgeführt ist und auf deren Außenfläche eine Führungshülse (46) für die Kokillenkammer (12) angeordnet ist.

2. Vakuum-Präzisionsschmelz- und -gießofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende der Betätigungsstange (23) für das Vakuumventil eine Steuerkurve (30) angeordnet ist, durch welche der Betätigungsstange auf einem Teil ihres vertikalen Weges eine Drehbewegung überlagerbar ist.

3. Vakuum-Präzisionsschmelz- und -gießofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (4) für das Vakuumventil (24) auswechselbar an der oberen Begrenzungswand (2) der Ventil kammer (1) angeordnet ist.