CH638119A5 - Vorrichtung zum brennen einer an ihren enden offenen und am einen ende einen formuntersatz aufweisenden keramikschalenform. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Brennen einer an ihren Enden offenen und am einen Ende einen Formuntersatz aufweisenden Keramikschalenform, bestehend aus einem Brennuntersatz und einem Brennaufsatz aus keramischem Material.
Beim Giessen von gerichtet erstarrten Gegenständen, entweder solchen mit aus der US-PS 3 260 505 bekanntem Stengelgefüge oder solchen mit aus der US-PS 3 494 709 bekanntem Einkristallgefüge, ist es üblich, das schmelzflüssige
Metall in einer Giessanordnung erstarren zu lassen! die eine Keramikschalenform mit offenem Ende aufweist, welche eine auf einer Abschreckplatte angeordnete ebene Basisfläche oder einen Untersatz mit ebener Unterfläehe hat. Die Schalenform kann so hergestellt werden, dass mit ihr ein einziges Gussstück oder mehrere Gussstücke gleichzeitig hergestellt werden können, und zu diesem Zweck enthält sie einen oder mehrere Formhohlräume mit der Gestalt des zu gies-senden Gussstückes. Im allgemeinen haben die benutzten Keramikschalenformen ein offenes Ende oberhalb des Formhohlraums, durch das schmelzflüssiges Metall eingeleitet wird, und ein offenes Ende unterhalb des Formhohlraums in der Formbasisfläche, welches eine Berührung zwischen dem schmelzflüssigen Metall und der Abschreckplatte zur unidirektionalen Erstarrung gestattet. Selbstverständlich ist es wesentlich, dass die Ebenheit der Formbasisfläche aufrechterhalten wird, um ein Lecken oder Auslaufen von schmelzflüssigem Metall zwischen der Formbasisflächeund der Abschreckplatte während des Giessens zu verhindern.
Keramikschalenformen zur Verwendung bei diesen mit gerichteter Erstarrung arbeitenden Verfahren können durch das Wachsausschmelzverfahren hergestellt werden, bei welchem ein Wachsmodell, das einen ebenen Wachsuntersatz hat, wiederholt in eine Keramikaufschlämmung getaucht, mit Keramikstuck bestäubt und getrocknet wird, bis die gewünschte Dicke für eine Formwand und einen Formuntersatz erzielt ist. Nach dem Entfernen des Wachsmodells und des Wachsuntersatzes wird die frische oder unabgebundene Keramikschalenform bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise 982 °C gebrannt, um ihr eine ausreichende Festigkeit zu geben, damit sie den Beanspruchungen beim Giessen standhält. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass der Brennschritt eine Quelle für Unebenheit oder Unregelmässigkeit des Formuntersatzes ist. Gewöhnlich wird der unabgebundene Schalenformuntersatz zum Brennen auf einen metallischen Ofeneinsatz gestellt, wobei die Ofeneinsätze häufig infolge Verwerfens und thermischer Verwindung nach zahlreichen Formbrennvorgängen eine unebene Oberfläche haben. Es ist festgestellt worden, dass, wenn der unabgebundene Formuntersatz auf eine unebene Ofeneinsatzfläche gestellt wird, der Untersatz dazu neigt, sich während des Brennens der Einsatzoberfläche anzupassen, was die beobachtete Unebenheit ergibt, die zum Auslaufen von schmelzflüssigem Metall führt. Bislang werden Formen mit solchen defekten Untersätzen einer weiteren Bearbeitung unterworfen, um die erforderliche Ebenheit des Formuntersatzes herzustellen, wobei der Formuntersatz mit geeignetem Schleifpapier abgeschliffen wird, bis eine ausreichende Ebenheit erzielt ist. Dieses Verfahren ist nicht nur zeit- und arbeitsaufwendig, sondern das Schleifen des Formuntersatzes mit Sand ist auch nachteilig, da Keramikeinschlüsse in die Form eingebracht werden, welche häufig am Ende in den Gussstücken in der Form erscheinen. Das Vorhandensein von Einschlüssen in den Gussstücken beeinträchtigt deren Qualität und deren mechanische Eigenschaften und macht sie zu Ausschuss.
Eine weiteres Problem, das bei dem bekannten Brennschritt auftritt, besteht darin, dass sich in der unabgebun-denen Schalenform heisse Stellen entwickeln, weil die Ofenatmosphäre nicht ausreichend hindurchzirkuliert, da die untere Formöffnung durch den Ofeneinsatz verschlossen ist. Diese heissen Stellen äussern sich in Form von Rissen, Ausbauchungen u.dgl., durch die die Form zu Ausschuss gemacht wird.
Ein weiteres Problem, das sich aufgrund des Brennschritts ergibt, besteht darin, dass lose Keramikteilchen innerhalb des Brennofens manchmal in die Schalenformen
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hineinfallen. Diese Einschlüsse können, wie oben erwähnt, die Qualität des erzeugten Gussstückes nachteilig beeinflussen.
Der Erfindungsgegenstand ist eine Vorrichtung zum Brennen einer an ihren Enden offenen und am einen Ende einen Formuntersatz aufweisenden Keramikschalenform, bestehend aus einem Brennuntersatz und einem Brennaufsatz aus keramischem Material.
Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Brennuntersatz eine Arbeitsfläche mit ebenen Oberftächen-teilen und mit mindestens einer Nut aufweist, auf denen der Formuntersatz während des Brennens abstützbar ist, um bei auf ebenen Oberflächenteilen aufliegendem Formuntersatz mindestens einen Gaszirkulationskanal von der äusseren Atmosphäre in die Formöffnung am Keramikbrennuntersatz zu bilden, wobei diese Kanäle während des Brennens eine Gaszirkulation durch das Forminnere gestatten, um heisse Stellen darin zu minimieren.
Die Nuten sind bezüglich der ebenen Oberflächenteile in besonderer Weise bemessen und in besonderem gegenseitigem Abstand angeordnet, so dass derjenige Teil des Formuntersatzes, der die Oberflächennuten überspannt, sich beim Brennen nicht verformt oder diesen anpasst. Mit dem vorgeformten Keramikbrennuntersatz kann daher eine unabge-bundene Keramikschalenform bei erhöhten Temperaturen gebrannt werden, wobei eine gleichmässige Ebenheit des Formuntersatzes aufrechterhalten und für eine Zirkulation der Ofenatmosphäre durch die Form hindurch zur Minimierung von heissen Stellen gesorgt wird.
Bei einer bevorzugten Vorrichtung sind mehrere Nuten in einer Schachbrettmusteranordnung in der Arbeitsfläche des Untersatzes gebildet, die sich über die Arbeitsfläche erstrecken und am Umfang enden, wobei, wenn der Formuntersatz auf den ebenen Oberflächenteilen abgestützt ist, die Nuten ein Netz von sich schneidenden Gaszirkulationskanälen bilden, wobei diese Kanäle an ihren Endstellen mit der äusseren Atmosphäre und innen mit einer Formöffnung am Brennuntersatz in Verbindung stehen.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines vorgeformten Keramikbrennuntersatzes,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines vorgeformten Keramikbrennaufsatzes in umgedrehter Lage, so dass die Arbeitsfläche sichtbar ist, und
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung, die mehrere un-abgebundene Schalenformen zeigt, welche zum Einführen in einen Brennofen auf einzelnen Brennuntersätzen angeordnet und durch einzelne Brennaufsätze abgedeckt sind.
Fig. I zeigt einen typischen vorgeformten Keramikbrennuntersatz I nach der Erfindung. Der Keramikbrennuntersatz hat eine insgesamt quadratische Arbeitsfläche mit im wesentlichen denselben Seitenabmessungen wie der Untersatz der unabgebundenen Keramikschalenform. Beispielsweise sind ein Brennuntersatz und ein Formuntersatz mit Abmessungen von 165 x 165 mm benutzt worden. Die Arbeitsfläche des Keramikbrennuntersatzes hat eine Mehrheit von ebenen Oberflächenteilen 2, auf denen der Formuntersatz abgestützt wird und auf diese Weise dessen Ebenheit während des Brennens aufrechterhalten wird. Die Arbeitsfläche hat ausserdem einen oder mehrere, vorzugsweise mehrere, nutenartige Oberflächenteile 6, die Gaszirkulationskanäle bilden, wenn der Formuntersatz auf den ebenen Oberflächenteilen des Brennuntersatzes ruht. Gemäss Fig. 1 sind die Nuten schachbrettmusterartig über die Arbeitsfläche verteilt, wobei die Nuten an dem Umfangsrand des Brennuntersatzes enden. Vorzugsweise ist ein Loch 8 mittig in der Arbeitsfläche des Brennuntersatzes angeordnet. Diesem Loch werden Ofengase über die Nuten zugeführt. Beim Brennen der Schalenform (Fig. 3) ist das offene untere Ende der Form über dem Loch 8 zentriert, so dass es während des Brennens zu einer Gaszirkulation in die Form kommt, wodurch heisse Stellen darin minimiert werden, die zum Reis-sen, Ausbauchen u.dgl. der Form führen könnten. Es ist wichtig, dass die Abmessungen, insbesondere die Breite, der Oberflächennuten und ihr gegenseitiger Abstand so gewählt werden, dass diejenigen Teile des Formuntersatzes, welche die Nuten überspannen, sich während des Brennens nicht verformen oder den Nuten anpassen. Selbstverständlich können die Abmessungen, der Abstand und die Anordnung der Oberflächennuten in Abhängigkeit von der Festigkeit des Formuntersatzes, der Brenntemperaturen und anderen Faktoren geändert werden. Geeignete Parameter können jedoch leicht durch experimentelle Brennversuche oder andere Massnahmen bestimmt werden. Lediglich als Beispiel sei angegeben, dass bei dem dargestellten Brennuntersatz von 165 x 165 mm und einer Dicke von 25,4 mm die Oberflä-chennuten einen gegenseitigen Abstand von Mittellinie zu Mittellinie von 41,4 mm und eine Tiefe von 9,7 mm und eine Breite am Boden von 3,3 mm sowie sich unter einem Winkel von 10° nach aussen erweiternde Seiten wände haben und sich zur Schaffung der gewünschten Gaszirkulation durch die Schalenform ohne Verformung des Formuntersatzes nach unten in die Nuten als zufriedenstellend erwiesen haben, wobei die Form und der Untersatz aus Aluminiumoxidoder Zirkonkeramik nach dem Wachsausschmelzverfahren hergestellt und bei 982 °C 1,5 h lang gebrannt wurden.
Selbstverständlich muss der Keramikbrennuntersatz in der Lage sein, die Brenntemperatur, vorzugsweise wiederholt, auszuhalten, ohne dass die ebenen Oberflächenteile 2 ihre gleichmässige Ebenheit verlieren. Zu diesem Zweck sollte der Brennuntersatz aus einer Keramik oder einem Keramikgemisch hergestellt werden, das gegen Hitze und plötzliche Temperaturveränderungen beständig ist. Beispielsweise ist für die oben beschriebene Schalenform, die bei etwa 982 °C 1,5 h lang gebrannt wird, ein Brennuntersatz aus 85 Gew.-% A1203 und 15 Gew.-% Zr02 ■ SiOz geeignet und vorzuziehen. Selbstverständlich können andere bekannte Keramiken nach Bedarf für andere Brenntemperaturen verwendet werden.
Fig. 3 zeigt, dass der Keramikbrennuntersatz besonders vorteilhaft ist, wenn mehrere einzelne Keramikschalenformen gleichzeitig zu brennen sind. Wenn beispielsweise die Brennuntersätze Seite an Seite so angeordnet werden, dass die offenen Enden der Gaszirkulationskanäle längs der Um-fangsränder einander gegenüberliegen und von Gas durchströmt werden können, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, kann die gesamte Gruppe von Schalenformen 16 gemeinsam gebrannt werden, wobei eine gleichmässige Formuntersatzebenheit für jede Form und eine Zirkulation von Ofengasen durch jede Form zur Minimierung heisser Stellen aufrechterhalten werden. Es ist zu erkennen, dass in dieser Anordnung zwischen Formuntersätzen 16a und den Brennuntersätzen 1 gebildete Gaskanäle ein mehr oder weniger durchgehendes Netz von sich schneidenden Kanälen bilden, welche der unteren Öffnung jeder Form Gas zuführen. Selbstverständlich werden die Qualität und die Gleichmässigkeit der fertigen Schalenformen verbessert, wenn die unabgebundenen Formen unter diesen Bedingungen gebrannt werden. Zweckmässig werden die Brennuntersätze 1 vor dem Einfuhren in einen Ofen 20 Seite an Seite auf einer Metallplatte 18 angeordnet.
Ein typischer vorgeformter Keramikbrennaufsatz 9, der in Verbindung mit dem oben beschriebenen Brennuntersatz verwendbar ist, ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Der Aufsatz hat eine insgesamt quadratische Arbeitsfläche, die ebene
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Oberflächenteile 10 aufweist, welche auf der Oberseite der Schalenform ruhen, beispielsweise auf dem Eingussbecher 11, wie es Fig. 3 zeigt, un nutenartige Oberflächenteile, wie den ringförmigen Teil 12a und die diagonalen Teile 12b, welche Gaszirkulationskanäle bilden, wenn sich der Aufsatz auf der Oberseite der Form befindet. Die diagonalen Nutenteile 12b endigen an den Ecken des Aufsatzes in der äusseren Atmosphäre, um für die gewünschte Zirkulation zu sorgen. Bei Bedarf kann der Aufsatz mit Flanschen 14 versehen sein, die sich abwärts erstrecken, wenn sich der Aufsatz auf der Oberseite der Form befindet, wobei diese Flansche verhindern, dass der Aufsatz durch zufälliges Anstossen von der Form heruntergeschoben werden kann. Der Brennaufsatz sorgt nicht nur für die Gaszirkulation durch die Form, sondern verhindert auch, dass Fremdteilchen, wie beispielsweise Staub, innerhalb des Brennofens in die Schalenform eindrin-s gen.
i Das Nutenmuster in dem Untersatz und in dem Aufsatz kann nach Bedarf verändert werden, um die richtige Zirkulation zu erzielen. Der Untersatz und der Aufsatz brauchen nicht quadratisch zu sein, sondern können in Anpas-lo sung an eine besondere Formgestalt jede gewünschte Form haben.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Brennen einer an ihren Enden offenen und am einen Ende einen Formuntersatz aufweisenden Keramikschalenform, bestehend aus einem Brennuntersatz und einem Brennaufsatz aus keramischem Material, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennuntersatz (1) eine Arbeitsfläche mit ebenen Oberflächenteilen (2) und mit mindestens einer Nut (6) aufweist, auf denen der Formuntersatz (16a) während des Brennens abstützbar ist, um bei auf ebenen Oberflächenteilen aufliegendem Formuntersatz (16a) mindestens einen Gaszirkulationskanal von der äusseren Atmosphäre in die Formöffnung am Keramikbrennuntersatz zu bilden, wobei diese Kanäle (6) während des Brennens eine Gaszirkulation durch das Forminnere gestatten, um heisse Stellen darin zu minimieren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfläche (2) des Untersatzes (1) eine quadratische Form hat.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nuten (6) in einer Schachbrettmusteranordnung in der Arbeitsfläche des Untersatzes (1) gebildet sind, die sich über die Arbeitsfläche erstrecken und am Umfang enden, wobei, wenn der Formuntersatz (16a) auf den ebenen Oberflächenteilen (2) abgestützt ist, die Nuten (6) ein Netz von sich schneidenden Gaszirkulationskanälen bilden, wobei diese Kanäle an ihren Endstellen mit der äusseren Atmosphäre und innen mit einer Formöffnung (8) am Brennuntersatz (1) in Verbindung stehen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennuntersatz (1) und der Brennaufsatz (9) aus Keramik hergestellt sind, welche gegen Hitze und plötzliche Temperaturveränderungen beständig ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfläche des Aufsatzes eine mittig angeordnete, ringförmige Nut (12a) und mehrere lineare Nuten (12b) hat, die sich radial von der ringförmigen Nut zum Umfang des Aufsatzes (9) erstrecken, um Gaszirkulationskanäle zu bilden.
6. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Brennen von offenen Keramikschalenformen (16), von denen jede einen Formuntersatz (16a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass man jede Keramikschalenform (16) mit ihrem Formuntersatz (16a) auf einen Keramikbrennuntersatz (1) aufsetzt, so dass der Formuntersatz (16a) auf den ebenen Oberflächenteilen der Arbeitsfläche des Brennuntersatzes (1) abgestützt wird und dazwischen die Gaszirkulationskanäle (6) gebildet werden, um während des Brennens die Gaszirkulation durch jede Schalenform (16) sicherzustellen und heisse Stellen darin zu minimieren.
7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikbrennaufsatz (9) über dem offenen Ende jeder Schalenform (16), das vom Formuntersatz (16a) abliegt, angeordnet ist.
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