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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Rohren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung gerader Metallrohre Im Schleudergussverfahren.
Es ist bekannt, Metallrohre dadurch herzustellen, dass in einer rotierenden Form ein mitrotierender Kern vorgesehen wird, wodurch ein durchgehender, an beiden Seiten offener Ringraum gebildet wird, wobei an einem Ende in diesen Ringraum flüssiges Metall eingegossen wird. Zur Erleichterung des Eingiessens wurde auch bereits vorgeschlagen, an einem Ende die Aussenform etwas einzuziehen, so dass ein nach innen ragender Bund entsteht. Der Übergang vom Bund zum Ringraum wurde hiebei abgerundet oder abgeschrägt, wodurch das eingegossene Metall zufolge der Zentrifugalkraft in Axialrichtung umgelenkt wird.
Um das gebildete Rohr aus der Form herauszuschieben, wurde im Kern ein eigener Antrieb für schrägstehende Reibrollen vorgesehen, die von innen auf das Gussrohr drücken und einen Axialschub bewirken.
Soweit bekannt ist, konnte ein solches kontinuierliches Verfahren in der Praxis bisher nicht Fuss fassen.
Der Hauptgrund dafür scheint darin zu liegen, dass die für die Verteilung des Metalles in der Rohrform erforderliche Zentrifugalkraft die frisch geformte empfindliche Gusshaut gegen die Formwand presst, so dass die Reibungskräfte zwischen dem erstarrenden Gussstück und der Formwand bedeutend höher sind, als in nicht rotierenden Formen. Dadurch wird ein zerstörungsfreies Herausziehen der Rohre nur in einem kleinen Bereich möglich, so dass die kontinuierliche Herstellung von Rohren mit den bekannten Mitteln bisher nicht erreichbar war.
Die Erfindung ermöglicht nun die kontinuierliche Erzeugung gerader Metallrohre durch Schleuderguss, indem die Ausbildung eines Reibungswiderstandes zwischen dem erstarrenden Rohr und der Formwand vermieden und so ein kontinuierlicher Vorschub des gebildeten Rohres in der Form ermöglicht wird.
Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung wird geschmolzenes Metall einem Ende einer im Querschnitt ringförmigen Schleudergusskokille kontinuierlich zugeführt, so dass das Metall den Giessformquerschnitt vollständig ausfüllt und während seines Vorschubes in der Kokille erstarrt. Die innere Oberfläche wird dabei stärkergekühlt als die äussere, wodurch zwischen dem geschmolzenen und dem erstarrten Teil eine Sumpflinie entsteht, die in Richtung entgegen dem Metallstrom geneigt ist. So entsteht an der inneren Oberfläche eine erstarrte Schicht, die unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft die Tendenz hat, sich von ihrer Unterlage abzuheben.
Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens besteht im wesentlichen aus einer zylindrischen Form, die einen konzentrisch angeordneten, mit der Form zusammen rotierenden Kern enthält. Der Hohlraum zwischen Kern und Form ist am Austrittsende offen. Am Kern ist eine Einrichtung zum Einbringen des geschmolzenen Metalls unter dem Zentrifugaldruck in die Hohlform vorgesehen und ferner eine Vorrichtung, um den Kern in kontrollierbarer Weise zu kühlen, so dass an der Oberfläche des Kernes eine erstarrte Schicht des Giess metalles entsteht und der Reibungswiderstand zwischen Metall und Kern unter der Wirkung der Zentrifugalkraft verringert wird.
Der Kern und die Form sind vorzugsweise gegeneinander gerichtet konisch zulaufend, so dass die Breite des ringförmigen Querschnittes der Hohlform zum Austrittsende hin zunimmt.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Fig. 1 zeigt eine teilweise Ansicht der Giessvorrichtung gemäss der Erfindung ; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1 ; Fig. 3 ist ein Teilschnitt der Länge nach, nach der Linie 3-3 der Fig. 2 ; Fig. 4 ist ein Teilschnitt der Länge nach durch die Form und den Kern an der Stelle, wo das geschmolzene Metall zugeführt wird und das Formen des endlosen Rohres ansetzt ; Fig. 5 ist eine Teilansicht eines Verteilers für die Kühlflüssigkeit für die äussere Gussform.
Die Fig. 6 und 7 sind Schnitte, in denen schematisch die allgemeine Gestalt der Sumpf- linie zwischen der schmelzflüssigen und der erstarrenden Zone des Rohres dargestellt ist, wenn entweder die Form mehr gekühlt ist als der Kern, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, oder wenn die Form und der
Kern im wesentlichen gleich stark gekühlt sind, wie dieser Fall in Fig. 7 dargestellt ist ; schliesslich zeigt
Fig. 8 den Verlauf der Sumpflinie gemäss der Erfindung, wenn der Kern stärker gekühlt wird als die
Form.
Gemäss den Zeichnungen ist die rohrförmige rotierende Form mit A bezeichnet, die den mit ihr ro- tierenden Kern B trägt, welcher in der Nähe des Zuführungsendes 11 mit der Form A bei 10 verbunden ist. Der ringförmige Hohlraum zwischen dem Kern und Form bildet die eigentliche Rohrgiessform 12.
Die Form ist drehbar gelagert, z. B. in Lagern C und D, welche je einen Satz Rollen 13,14 aufwei- sen. Diese Rollen wirken mit Rollbahnen 15,16 unter einem vorbestimmten Druck zusammen, wobei
Kontrollvorrichtungen in den Lagern C und D in Form von Gelenkverbindungen 17 mittels Bolzen und Fe- dern 18 den Druck regeln.
Das geschmolzene Metall gelangt aus einer Giesspfanne durch einen Trichter 19 ohne wesentlichen Temperaturabfall in die Form. Es wird durch die Eingussröhre 20,21 unter seinem Anfangsdruck eingeführt, gelangt durch die gegenüberliegenden radialen Eingussöffnungen 22, 23 (Fig. 1 - 3) in den zylindrischen Kopfteil 24 und wird von dort in die das Rohr formende Hohlform 12 geleitet. Das Zufüh- rungsende 11 dieser Hohlform wird vorzugsweise durch einen Ring 25 abgeschlossen, der mit einer schrägen Leitfläche 26 ausgestattet ist, die direkt den Giessöffnungen 22 und 23 gegenüberliegt und das Metall in die Giesskammer 12 in axialer Richtung unter der Wirkung der durch die Rotation erzielten Zentrifugalkraft umlenkt.
Vor Giessbeginn wird in die Giesskammer 12 ein gleitender Ring 27 (Fig. 3) aus metallschem oder nicht metallischem hitzebeständigem Material entsprechender Festigkeit eingesetzt, der den Metallstrom bremst und so das geschmolzene Metall zwingt, den gesamten Querschnitt der Hohlform zu füllen, so dass das führende Ende des Rohres unmittelbar voll ausgeformt wird. Der Ring 27 wird durch den Druck des fliessenden Metalles axial durch die Hohlform 12 gepresst und an deren Ende durch das schliesslich austretende Rohr ausgestossen.
Kern und Form sind auf besondere Art gekühlt, um zu erreichen, dass das Rohr ohne den durch den Zentrifugaldruck verursachten Reibungswiderstand ausgestossen werden kann, der eine kontinuierliche Erzeugung des Rohres verhindern könnte. Für die Kernkühlung ist ein Wassermantel E (Fig. 1) vorgesehen, der die rotierende Form umgibt und gegen diese beispielsweise durch die Dichtringe 28 abgedichtet ist.
Dieser Mantel ist in zwei Kühlmittelkammern 29,30 geteilt.
Die Kammer 30 ist als Hochdruckkammer zum Einbringen eines Kühlmittels, das von der Leitung 30'zugeführt wird, ausgebildet. Von dieser Kammer 30 aus wird das Kühlmittel in das Innere des Kernes gedrückt. Die Kammer 29 ist die Niederdruckkammer, die das Kühlmittel, nachdem es den Kern durchflossen hat, aufnimmt und ableitet. Zu diesem Zweck weist die innere Basisfläche der Kammer 30 längs ihres Umfanges eine Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Durchlässen 32 auf, die mit einer entsprechenden Reihe von Löchern 33 im Kern B übereinstimmen, so dass ein kontinuierlicher Kühlmittelzufluss von der Kammer 30 durch die Wand des Kernes B in die ringförmige Kammer 34 erfolgen kann.
Umgekehrt fluchten die Durchgänge 35 (Fig. 2), welche das Ende des Kopfes 24 durchstossen, mit Öffnungen in der Kammer 34, wobei die Öffnungen in Durchgänge 36 übergehen, die in den mittleren Hohlraum 37 des Kopfes 24 münden, mit dem das Rohr 38 in Verbindung steht. Von hier aus erstreckt sich dieses Rohr über die gesamte Länge des Kernes B konzentrisch zur Kernachse. Das Kühlmittel verlässt das Rohr 38 am Ende des Kernes und kehrt dann durch den Kern zum Kopfteil 24 zurück. Von dort gelangt es durch'die Öffnungen 39 an die Aussenfläche des Kopfteiles und durch die Rohre 40, welche durch die Teilungswand zwischen den Kammern 29 und 30 hindurchreichen, in die Niederdruckkammer 29, von wo es über den Auslass 41 austritt.
Auf diese Weise wird der Kern in einem vorbestimmten Grad gekühlt, wobei die Temperatur des Kühlmittels und die Strömungsgeschwindigkeit gesteuert werden.
Die Form wird durch eine eigene Vorrichtung gekühlt, beispielsweise durch einen Verteiler 42, der über. eine Leitung 43 gespeist wird. Mit dem Verteiler ist eine Reihe von Sprühdüsen 44 verbunden, die gegen die Form gerichtet sind. An den Sprühdüsen sind Regelventile 45 vorgesehen, so dass eine geregelte Sprühkühlung der Form über ihre Länge erzielt wird, wobei diese Kühlung veränderbar ist, um sie in Über-
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einstimmung mit der im Kern erzielten Kühlung zu bringen.
Gemäss der Erfindung wird der Kern B wesentlich stärker gekühlt als die Form A, um ein Erstarren des geschmolzenen Metalles von der Innenseite des gebildeten Rohres her nach der Aussenseite zu, zu erzie- len, so dass eine Schichtbildung an der Innenseite des geformten Rohres eher auftritt als an der Aussensei- te. Eine an der Innenseite der Form entstehende Gusshaut würde zufolge der bei der Rotation auftretenden
Zentrifugalkraft wie eine an der Innenseite der Form angreifende Zentrifugalkupplung wirken und so eine axiale Verschiebung des geformten Rohres verhindern. Auf Grund der stärkeren Kühlung des Kernes, wird nun aber zuerst eine Gusshaut nächst des Kernes erstarren und die Zentrifugalkraft bewirkt, dass diese Guss- haut radial nach aussen drückt.
In dieser Beziehung wird insbesondere auf die Fig. 6,7 und 8 verwiesen, wobei die ersten beiden dieser Darstellungen den zu vermeidenden Zustand und die letzte den erfindungsgemäss erzielten Zustand veranschaulichen. In Fig. 6 ist der Zustand eines geformten Rohres gezeigt, wobei die Form mehr gekühlt ist als der Kern. Dies bewirkt eine Sumpflinie F, welche vom Umfang der Form ausgehend in Stromrich- tung längs einer geneigten Linie verläuft und an der Oberfläche des Kernes endet. Daraus resultiert eine durch die Zentrifugalkraft verursachte Kupplungswirkung an der Formoberfläche zwischen dem Anfangs- punkt der Sumpflinie und der gestrichelten Linie G.
In Fig. 7 ist der Zustand dargestellt, wie er entsteht, wenn Form und Kern gleichmässig gekühlt sind.
Dies ergibt eine zusammengesetzte Sumpflinie H, die im wesentlichen ähnliches bewirkt, wie die in
Fig. 6 dargestellte Linie, dann wird der geschilderte, an der Form angreifende Kupplungseffekt in der
Fläche zwischen dem Ausgangspunkt der Sumpflinie und der strichlierten Linie J eintreten. Dieser Nach- teil wird vollkommen vermieden, wenn der Kern stärker gekühlt wird als die Form, und die Sumpflinie
J, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, umgekehrt verläuft, wie in Fig. 6. Dabei neigt die Gusshaut dazu, sich in der Nähe des Kernes zu bilden, u. zw. zwischen dem Ausgangspunkt der Linie J am Kern bis zu der strichlierten Linie K.
Zufolge der Zentrifugalkraft ist die Gusshaut bestrebt, sich radial vom Kern nach auswärts zu bewegen, wodurch der hinderliche, in den Fig. 6 und 7 gezeigte Kupplungseffekt am Kern sowie an der Oberfläche der Form vollkommen oder weitgehend vermieden wird, so dass dadurch eine axiale Verschiebung des geformten Rohres ohne Kupplungseinfluss möglich ist.
Ein weiteres Merkmal des vorliegenden Verfahrens und der Vorrichtung betrifft eine radiale Erweiterung 46 der Form, die in Richtung der Bewegung des Rohres von der Zone ab, wo das flüssige Rohr geformt wird, verläuft. Eine entsprechende konische Verjüngung des Kernes 47 verläuft von einem Punkt aus, der in der Nähe dieser Zone liegt, in Richtung der Bewegung des geformten Rohres (s. Fig. 4). Durch diese Erweiterung der Form wird die Reibung zwischen der Innenfläche der Form und dem geformten Rohr ver- mindert, während durch die innere Verjüngung des Kernes ein mässiger Abstand zwischen diesem und dem Rohr entsteht, wenn es sich allmählich von der Form löst.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Metallrohren, dadurch gekennzeichnet, dass das einem im wesentlichen horizontalen, mit einem nahe dem Ende ungefähr der endgültigen Wandstärke des Rohres entsprechenden Breite geschlossenen, am andern Ende offenen Ringraum von dessen Achse aus zugeführte geschmolzene Metall durch Rotation der Form zufolge der Zentrifugalkraft in diesen Ringraum gedrückt wird, wobei es diesen füllt und dessen offenem Ende zufliesst, und dass die Innenfläche des rohrförmigen Metallstranges stärker gekühlt wird als dessen Aussenfläche, so dass eine von aussen nach innen entgegengesetzt der Flussrichtung des Metalles geneigte Sumpflinie zwischen der flüssigen und der erstarrenden Zone des Metalles entsteht.
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