Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Metallstangen od.dgl. im Tütenguß unter Verwendung einer aus einem an seinem unteren Ende geschlossenen Rohr bestehenden Kokille, die bei ihrem Füllen mit dem Gießmetall in einem Flüssigkeitsbad zum Absinken gebracht wird.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen können dazu dienen, für die spektrometrische Analyse von Metallen oder Legierungen benötigte Proben von möglichst homogener Zusammensetzung herzustellen.

Insbesondere an die Qualität von Standardproben zur Eichung von Spektrometern werden hohe Anforderungen hinsichtlich Homogenität, Feinheit eventuell intermetallischer Verbindungen und Freiheit von Gußfehlern (Poren, Seigerungen, Oxideinschlüssen) gestellt.

Proben zur Untersuchung einer bestimmten Schmelze werden in der Regel als flache Scheiben oder Zylinder in

Stahlformen abgegossen, gerade groß genug, um die einmalige Untersuchung daran ausführen zu können. Bei der Herstellung von Standardproben kommt es dagegen darauf an, ein möglichst großes gleichmäßiges Probenvolumen herzustellen, um nach dessen aufwendiger naßchemischer Analyse möglichst viele identische Referenzproben aus dem Probenvolumen herausarbeiten und verkaufen zu können.

Zu diesem Zweck werden bevorzugt Rundstangen mit Durchmesser von 30 bis 100 mm mit dem eingangs erwähnten bisher bekannten Verfahren abgegossen, welche Rundstangen außen überdreht und zu scheibenförmigen Einzelproben zerschnitten werden. Dieses bisher dazu verwendete Verfahren ist ein Schwerkraf kokillengießverfahren, bei dem dünnwandige, unten geschlossene Stahlzylinder, sogenannte Tüten, als Kokillen mit dem geschmolzenen Gießmetall gefüllt und dann zur Beschleunigung der Erstarrung des Gießmetalls in ein Wasserbad abgesenkt werden.

Während niedriglegierte Metallschmelzen sich mit relativ geringem Aufwand zu befriedigenden Probenstangen vergießen lassen, ergeben sich bei Schmelzen mit höheren Gehalten an Legierungszusätzen oft unüberwindliche Schwierigkeiten, eine ausreichend homogene und gleichmäßige Zusammensetzung der Probenstangen über ihren Durchmesser und ihre ganze Länge zu erreichen. Ein typisches Beispiel für derart problematische Legierungen sind

Aluminium-Kolbenlegierungen mit Silizium-Gehalten von 11 bis 25 %, Kupfer-Gehalten bis zu 4 %, Magnesium-Gehalten bis zu 2 % und verschiedenen weiteren Legierungselementen. Eine derartige Legierung neigt zur Ausbildung von Silizium-Seigerungen und groben intermetallischen Phasen.

Problematisch ist in jedem Fall, das Füllen der relativ langen meist zylindrischen Hohlräume so zu gestalten, daß Schaumbildung und Oxideinwirbelungen vermieden werden.

Eine Anwendung des an sich für diesen Zweck auch geeigneten Stranggießverfahrens verbietet sich in der Regel wegen des zu geringen Abgußvolumens, für das der mit dem Stranggießverfahren verbundene apparative und prozeßsteuerungsmäßige Aufwand zu groß wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die es erlauben, mit möglichst geringem apparativen Aufwand metallurgisch in jeder Hinsicht einwandfreie Metallstangen auch aus schwierig vergießbaren Metallegierungen herzustellen, wobei die Gestalt und Oberflächengüte dieser Stangen derart sein soll, daß keine oder eine nur geringe spanende Bearbeitung ihrer Außenfläche erforderlich ist, da gerade in der schnell erstarrten Außenzone der Stangen die günstigsten Gefügeausbildungen vorliegen. Außerdem sollte das Verfahren nicht von großem handwerklichen Können des Ausführenden abhängig sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der genannten Gattung dadurch gelöst, daß zur Füllung des Kokillenrohres mit Gießmetall ein an seinem unteren Ende offenes oder zu öffnendes und an seinem oberen Ende verschließbares Füllrohr verwendet wird, das mit seinem unteren Ende voraus in eine Metallschmelze des Gießmetalls eingetaucht wird, wobei das Gießmetall zum Einströmen in das Füllrohr gebracht wird, daß dann das gefüllte Füllrohr an seinem oberen Ende verschlossen und mit seiner Füllung aus der Metallschmelze herausgehoben und daraufhin mit seinem unteren Ende in das Kokillenrohr von oben her

eingeführt wird, worauf durch Öffnen des oberen Füllrohrendes das Gießmetall aus dem Füllrohr über dessen offenes oder geöffnetes unteres Ende zum Einströmen in das Kokillenrohr gebracht wird und dieses zugleich allein unter dem Gewicht des eingefüllten Metalles in das Flüssigkeitsbad absinken gelassen wird. Dabei wird vorteilhaft das Füllrohr bis oder nahezu bis zum geschlossenen unteren Ende des Kokillenrohres eingeführt und in dieser Position unabhängig von der Höhenlage des Kokillenrohres festgehalten. Mit dieser Verfahrensweise kann das Füllen der Kokille unter weitgehend reduzierter Schaumbildung oder Oxideinwirbelung vorgenommen werden, was beim umständlichen Befüllen durch das bisher bekannte Schöpfverfahren nicht möglich war.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zweckmäßig das Kokillenrohr mit einer Geschwindigkeit zum Absinken im Flüssigkeitsbad gebracht, die etwa gleich ist der Steiggeschwindigkeit des Gießmetalls im Kokillenrohr, wodurch der Spiegel des in das Kokillenrohr gefüllten Gießmetalls stets in etwa gleicher Höhe verbleibt. Wird das Füllrohr bis oder nahezu bis zum geschlossenen unteren Ende des Kokillenrohres eingeführt und in dieser Position festgehalten, wird eine gleichbleibende geringstmögliche Fallhöhe des Gießmetalls gewährleistet, wodurch eine Schaumbildung und Oxideinwirbelung praktisch völlig vermieden wird. Durch das gesteuerte Absenken des Kokillenrohres in dem Flüssigkeitsbad wird außerdem ein sofort einsetzendes und mit dem Füllstand fortschreitendes Abschrecken des eingefüllten Gießmetalls erreicht, wodurch eine sehr feinkristalline und seigerungsfreie Gefügeausbildung im schließlich erstarrten Gußkörper erhalten wird.

Aus der deutschen Patentschrif 750 673 ist zwar ein Verfahren zum Gießen von Metallblöcken aus kupferhaltigen Aluminiumlegierungen in einer Kokille bekannt, die auf einem Gießtisch steht, der in ein Wasserbad absenkbar ist. Die Füllung der Kokille erfolgt bei diesem Verfahren jedoch über eine Gießrinne und nicht mittels eines Hebefüllrohrs der vorgenannten erfindungsgemäßen Art, während das Absenken des Gießtisches mit Hilfe einer hydraulischen oder ähnlich ausgebildeten Absenkvorrichtung vorgenommen wird.

Ferner wird bei diesem bekannten Verfahren die für das Gießen von Metallblöcken dienende Kokille erst mit ihrer fortschreitenden Füllung und dem dabei gleichzeitig vorgenommenen Absenken des Gießtisches im Wasserbad in ihrer Höhe aufgebaut, wodurch die von der Seite zur zur Kokille führende Gießrinne an ihrem Austrittsende in geringstmögliche Höhe über dem Spiegel des in die Kokille eingefüllten Gießmetalls gehalten werden kann. Dadurch kann zwar die Schaumbildung und Oxideinwirbelung in dem zu gießenden Metallblock reduziert werden. Diese Füllweise ist jedoch bei einem Verfahren zum Gießen von Metallstangen od.dgl. im Tütenguß zu aufwendig und umständlich und daher nicht praktikabel.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine

Tütengußvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche ein in ein Flüssigkeitsbad absenkbares, unten durch einen Boden geschlossenes Kokillenrohr hat. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß so gestaltet, daß das Kokillenrohr in einem Schwimmerkörper gelagert und mit diesem in und über dem das Flüssigkeitsbad aufnehmenden Behälter in das Bad eintauchend auf und ab geführt ist, welcher Schwimmerkörper so ausgebildet ist, daß er das Kokillenrohr vor dessen Füllen mit Gießmetall

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Das Kokillenrohr kann hinsichtlich seines Eigengewichtes auch über Umlenkrollen durch Gegengewichte ausbalanciert sein, so daß der Schwimmerkörper entsprechend kleiner und nur zum Ausgleich der sich beim Befüllen des Kokillenrohres ändernden Auftriebsverhältnisse ausgelegt sein kann.

Das Füllrohr ist vorteilhaft in einer von der Höhenlage des Kokillenrohres unabhängigen Halterung in einer vom Kokillenrohr unabhängigen Höhenlage angeordnet oder fixierbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist aufgrund ihrer Ausgestaltung besonders auf die bei der Herstellung der beschriebenen stangenförmigen Probenkörper üblicherweise zu verarbeitenden relativ kleinen Metallmengen von ca. 10 bis 15 kg zugeschnitten.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind aber nicht nur für das Abgießen solcher Probenkörper anwendbar, sondern auch für die Herstellung beliebig anderer langgestreckter Gußkörper geeignet. So ist z.B. eine vorteilhafte Anwendung denkbar für das Abgießen von Profilstangen aus Metallschmelzen, die mit der Luft stark reagieren, wie z.B. Legierungen auf der Basis von Titan oder Magnesium oder auch Aluminiumlegierungen mit höheren Gehalten an stark reaktiven Elementen, z.B. Lithium. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben für solche Fälle z.B. das Entnehmen des Gießmaterials unterhalb einer geschlossenen, schützenden Salzdecke und das Gießen unter Schutzgas oder ebenfalls unterhalb einer abdeckenden Salzschmelze ohne größeren zusätzlichen Aufwand. Die Schmelze kann unter fast vollständigem Ausschluß von Luftkontakt aus einem Warmhalteofen in eine

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Gießform überführt und zur schnellen Erstarrung gebracht werden.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand einer in der

Zeichnung dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im folgenden näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt den Warmhaltebehälter sowie das in ein

Wasserbad absenkbare Kokillenrohr mit Füllrohr vor Einführung in das Kokillenrohr im Vertikalschnitt;

Fig. 2 zeigt in gleicher Darstellungsweise das in das Flüssigkeitsbad eintauchende Kokillenrohr während seiner Befüllung durch das Füllrohr;

Fig. 3 zeigt in größerem Maßstab eine aufgebrochen dargestellte Schrägansicht des Kokillenrohrs mit eingeführtem Füllrohr.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kokille von einem dünnwandigen Rohr 1 gebildet, das an seinem unteren Ende durch einen Boden 2 geschlossen ist» Dieses Kokillenrohr 1 ist in einem Schwimmerkörper 3 gelagert, der das Kokillenrohr im Abstand umgibt und so dimensioniert ist, daß er das leere Kokillenrohr mit seinem unteren geschlossenen Boden 2 dicht über der Oberfläche des Wasserbades 5 in Schwebe hält und beim Füllen mit geschmolzenem Gießmetall das Kokillenrohr in dem Wasserbad 5 zum Absinken bringt. Zu diesem Zweck ist der Schwimmerkörper 3 über Ringösen 6 an Spannseilen 7 geführt, die mit ihrem unteren Ende am Boden 8 des Behälters 4 und mit ihrem oberen Ende an einer zwei

Stützen 10 verbindenden Traverse 9 befestigt und zwischen diesen Befestigungen in senkrechter Richtung gespannt gehalten sind.

Das Kokillenrohr kann aus dem Abschnitt eines handelsüblichen Präzisionsstahlrohres bestehen, an das eine Bodenplatte angeschweißt ist. Hat das Kokillenrohr wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel gleichbleibenden Querschnitt, kann es notwendig sein, das Kokillenrohr zur Entnahme des in ihm hergestellten Gußkörpers mechanisch aufzutrennen, um den Gußkörper entnehmen zu können. Es ist aber auch, wie bereits erwähnt, die Verwendung eines aufklappbaren zweiteiligen oder eines einteiligen, sich nach oben konisch erweiternden Kokillenrohres möglich, um eine Mehrfachverwendung des Kokillenrohres zu ermöglichen.

Zum Füllen des Kokillenrohres mit geschmolzenem Gießmetall dient ein Füllrohr 11, das aus einem gegenüber der Metallschmelze beständigen Keramik- oder anderem geeigneten Material, z.B. aus einem in geeigneter Weise durch Überzüge geschützten Metallrohr bestehen kann. Der Außendurchmessef des Füllrohres 11 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des Kokillenrohres 1. Das untere Ende des Füllrohres 11 ist mit einem Boden verschlossen, der mit einer AuslaufÖffnung 12 versehen ist, durch welchen das im Füllrohr befindliche Gießmetall hindurch in das Kokillenrohr 1 eingebracht wird. Das obere Ende des Füllrohres 11 ist mit einem dicht schließenden Deckel versehen, in dem ein Ventil 13 zum Öffnen und Schließen des oberen Endes des Füllrohres gegenüber der Atmosphäre vorgesehen ist. Das Ventil 13 wird durch eine Druckfeder 14 in Schließstellung gehalten und kann mittels eines Zuggriffes 15 gegen die Kraft der Druckfeder 14 in Offenstellung gebracht werden.

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