AT522098A1 - Schmelzeofen sowie ein Verfahren zum Schmelzen und/oder Temperieren von Metallschmelze - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schmelzeofen (1) und ein Verfahren zum Schmelzen und/oder Temperieren von Metallschmelze (3). Der erfindungsgemäße Schmelzeofen (1) umfasst ein Ofengehäuse (4) mit einem Fundament (5) und einer Seitenwandung (6), welche einen Aufnahmeraum (7) zur Aufnahme von Metallschmelze (3) begrenzt. Das Fundament (5) umfasst eine Standfläche (9) und eine dem Aufnahmeraum (7) zugewandten Bodenplatteninnenfläche (10), wobei die Seitenwandung (6) an das Fundament (5) anschließend ausgebildet ist und eine dem Aufnahmeraum (7) zugewandte Innenmantelfläche (11) und eine nach außen gewandte Außenmantelfläche umfasst. Die Seitenwandung (6) umfasst ferner einen dem Fundament (5) zugewandten unteren Wandbereich und einen oberen Wandbereich. Der erfindungsgemäße Schmelzeofen (1) umfasst zumindest eine Heizeinrichtung (18), welche zumindest ein Heizelement (19) wobei in dem Fundament (5) zumindest ein Hohlraum (20) vorgesehen ist, welcher Hohlraum (20) durch zumindest eine Hohlraumbodenfläche (21), zumindest eine umlaufende Hohlraumseitenfläche (22) und zumindest eine Hohlraumdeckfläche (23) begrenzt ist und wobei die Heizeinrichtung (18) im Hohlraum (20) angeordnet ist.

Description

und/oder Temperieren von Metallschmelze.

Zum Schmelzen und/oder Temperieren von Schmelze, insbesondere von Metallschmelze, gehen aus dem Stand der Technik unterschiedliche Vorrichtungen wie Schmelzeöfen oder Tiegelöfen hervor, wobei unterschiedliche Anordnungen von

Heizelementen bekannt sind.

In der DE 202017105293 U1 wird eine Vorrichtung zum Niederdruckgießen offenbart, welche eine einen Ofenraum begrenzende Ofenwandung, eine im Ofenraum angeordneten Schmelztiegeleinrichtung, eine Heizeinrichtung zum Erhitzten der Schmelztiegeleinrichtung und zumindest eine Druckeinrichtung zum Anlegen eines Überdrucks an die Schmelztiegeleinrichtung umfasst. Die Heizeinrichtung umfasst dabei mehrere, sich im Bereich der Bodenwandung in horizontaler Richtung

erstreckende elektrische Heizstäbe.

Aus der DE 102016123595 B4 ist ein GieRofen für den Niederdruckguss bekannt. Der Gießofen umfasst eine Ofenwanne zur Aufnahme einer Schmelze und ein Gehäuse mit einer Kammer zur Aufnahme einer Schmelze. Das Gehäuse umfasst ein erstes Ventil zur Steuerung eines Durchflusses von Schmelze aus der Ofenwanne in die Kammer, ein Steigrohr zum Zuführen von Schmelze aus der Kammer in eine Gussform und einen Kanal zum Zu- und Abführen von Gas in die oder aus der Kammer. In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Ofenwanne Heizelemente, insbesondere Tauchheizkörper auf, wobei die Heizelemente im Bereich ei-

nes Wannenbodens angeordnet sind. Durch die Anordnung der Tauchheizkörper

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Schmelze auf dem Boden der Ofenwanne absetzen.

Nachteilig bei der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung der Heizelemente direkt in dem Ofenraum ist, dass der Zugriff bei Reinigungs- oder Wartungstätigkeiten erschwert wird. Auch müssen die Heizstäbe mit geeigneten Schutzeinrichtungen wie Ummantelungen versehen sein, nachdem diese in direk-

tem Kontakt mit der Metallschmelze stehen.

Im Stand der Technik wird auch vorgeschlagen, Heizelemente innerhalb einer

Ofenwandung aufzunehmen.

Aus der DE 102011014249 A1 ist ein Industrieofen bekannt, wobei es sich um einen Dosier- oder Warmhalteofen für eine Materialschmelze, insbesondere für flüssige Aluminium-Legierungen handelt. Der Industrieofen, insbesondere Dosierofen umfasst ein Gehäuse, welches zumindest einen Bodenbereich und einen Wandbereich aufweist und zumindest ein Heizelement. An einer Innenseite des Gehäuses, ist eine feuerfeste, eine Wanne für die Materialschmelze bildende Auskleidung vorgesehen. Das zumindest eine Heizelement ist dabei im Boden- und/oder

Wandbereich von der Auskleidung aufgenommen.

Nachteilig bei der direkten Aufnahme von Heizelementen innerhalb des Wandbereichs ist, dass die Ausdehnung der Heizelemente eingeschränkt wird. Zusätzlich kommt es zu einer erhöhten Wärmeabfuhr über die Seitenwandung, nachdem im Stand der Technik keine Isolation von Heizelementen gegenüber der Standfläche

des Ofens vorgesehen ist.

In der EP 0993234 A2 wird eine Vorrichtung zum Schmelzen, Temperieren und Fördern von Flüssigmetall gezeigt. Gemäß der Erfindung sind stab- oder schraubenförmigen Heizdrähte in U-förmig oder voll umschließenden Kanälen angeord-

net, die von der GefäRwand und wärmeleitend miteinander verbundenen Wänden

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gen die Kanalwände distanziert sind.

Nachteilig bei der im Stand der Technik vorgeschlagenen, separierten Anordnung von Heizelementen ist, dass im Boden der Ofenwandung Bereiche mit größerem Wärmeeintrag und Bereiche mit wesentlich geringerem Wärmeeintrag entstehen. Weiters ist die Herstellung eines Ofens mit einer Vielzahl von Heizkanälen als grundsätzlich aufwändig anzusehen und der Austausch bzw. die Wartung von einzelnen Heizelementen wird dadurch erschwert, dass im Zuge von Reparaturarbei-

ten in Jeden Heizkanal einzeln zugegriffen werden muss.

Nachteilig ist auch, dass es bei einem Ausfall eines einzelnen Heizelements zu einem Totalausfall der Heizung in einem gesamten Bereich des Bodens kommt,

wodurch wiederum ein Bereich mit wesentlich geringerem Wärmeeintrag entsteht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer hochqualitative metallische Werkstücke hergestellt werden kön-

nen.

Weiters ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer ein hoher Automatisierungsgrad im Zuge einer Me-

tallverarbeitung bei hoher Prozesssicherheit erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Ansprü-

chen gelöst.

Die Erfindung betrifft einen Schmelzeofen zum Schmelzen und/oder Temperieren von Metallschmelze umfassend ein Ofengehäuse mit einem Fundament und einer Seitenwandung, welche einen Aufnahmeraum zur Aufnahme von Metallschmelze begrenzt. Das Fundament umfasst eine Standfläche und eine dem Aufnahmeraum zugewandte Bodenplatteninnenfläche, wobei die Seitenwandung an das Fundament anschließend ausgebildet ist und eine dem Aufnahmeraum zugewandte Innenmantelfläche und eine nach außen gewandte Außenmantelfläche umfasst. Die Seitenwandung umfasst ferner einen dem Fundament zugewandten unteren

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ist und wobei die Heizeinrichtung im Hohlraum angeordnet ist.

Die genannten Flächen, welche den Hohlraum begrenzen, sind dabei nicht als getrennte Einzelflächen zu verstehen, sondern vielmehr als Flächenbereiche einer

beliebigen geometrischen Form.

Bei einem Schmelzeofen kann es sich dabei um einen Wannenofen oder Tiegelofen handeln, welche in der Metallverarbeitung unterschiedlichste Einsatzbereiche finden. Je nach Einsatzbereich kann somit der erfindungsgemäße Schmelzeofen auch eine Deckplatte umfassen, um eine druckdichte Hülle auszubilden. Alternativ dazu kann ein Tiegelofen in einer druckdichten Kammer angeordnet sein, um die

druckdichte Hülle auszubilden.

Dadurch dass die Heizeinrichtung im Fundament angeordnet ist, entsteht eine natürliche, thermische Rührfunktion durch Konvektion. Von außen wird die Seitenwandung des Schmelzeofens mit einem Temperatur-Minimum beaufschlagt, welches im Wesentlichen der Umgebungstemperatur entspricht. An der Bodenplatteninnenfläche des Schmelzeofens entsteht ein Temperatur-Maximum. Durch die Temperaturunterschiede zwischen Temperatur-Minimum und Temperatur-Maximum wird nun eine Konvektionsströmung hervorgerufen. Je größer der Temperaturunterschied zwischen Temperatur-Minimum und Temperatur-Maximum ist, desto stärker ist dabei die hervorgerufene Konvektionsströmung. Durch die Konvektionsströmung wird vorteilhafterweise die Metallschmelze in Bewegung versetzt bzw. gehalten, wodurch eine gleichmäßige, homogene Durchmischung der Metallschmelze verbessert wird. Dabei kann verhindert, bzw. weitgehend hintan-

gehalten werden, dass in der Metallschmelze befindliche Metallpartikel absinken.

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bzw. Heizelementen umfasst.

Auch kann mit dieser Maßnahme eine niedrigere Bauhöhe des Schmelzeofens erreicht werden. Bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung von Heizelementen direkt im Aufnahmeraum, wird der Platz für die Aufnahme von Metallschmelze kleiner, wodurch der Aufnahmeraum größer ausgeführt werden

muss. Erfindungsgemäß kann der Aufnahmeraum kleiner ausgeführt werden, nachdem die Heizelemente bzw. die Heizeinrichtung im Fundament aufgenommen

sind.

Durch die indirekte Beheizung der Metallschmelze von unten wird auch die Schlackebildung bzw. die Bildung einer Oxidschicht auf der Oberfläche der Metall-

schmelze minimiert.

Auch kann mittels der Anordnung der Heizelemente bzw. der Heizeinrichtung im Fundament und der damit verbundenen hindernisfreien Ausgestaltung des Aufnahmeraums erreicht werden, dass eine freie Positionierung von Steigrohren, Rühreinrichtungen, Messfühlern, etc. im Aufnahmeraum ermöglicht wird. Somit kann neben einem Steigrohr auch einfach ein Steigrohr-Array im erfindungsgemäßen Schmelzeofen positioniert werden, wobei für das Niederdruck- oder Gegen-

druckgießen eine hoch qualitative Metallschmelze zur Verfügung steht.

Vorteilhafterweise ist in dem erfindungsgemäßen Schmelzeofen die Heizeinrichtung in einem im Fundament befindlichen Hohlraum angeordnet, wodurch eine

gleichmäßige Temperaturverteilung auf der Bodenplatteninnenfläche begünstigt wird, nachdem im Hohlraum auch eine gleichmäßige Temperaturverteilung bzw.

ein gleichmäßiger Temperaturgradient vorherrscht.

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Materialien von Vorteil.

Sollte bei einer Beschädigung bzw. eines Bruchs der Bodenplatte Metallschmelze in den Hohlraum gelangen, so kann dies vorteilhafterweise über einen Sensor detektiert werden und eine Benachrichtigung an eine Bedienperson erfolgen, bzw.

der Schmelzeofen in einen Notzustand versetzt werden.

Zusätzlich kann in einer weiteren Ausführungsform ein Notauslauf im Hohlraum vorgesehen sein, welcher optional automatisch, beispielsweise im Falle der Detek-

tion einer Leckage in der Bodenplatte betätigt werden kann.

Von großem Vorteil ist dabei auch, dass die Bodenplatte auswechselbar ausgeführt sein kann und in Folge einer Abnützung einfach ausgetauscht werden kann. Denkbar ist hierbei auch, dass die Bodenplatte für einen spezifischen Anwendungsfall gegen eine Bodenplatte, aus eine für den Anwendungsfall besonders gut geeignete Bodenplatte aus einem spezifischen Material, ausgetauscht werden kann. Hierzu können an der Bodenplatte beispielsweise Vorsprünge oder Einhakelemente vorgesehen sein, welche einen Formschluss bzw. Kraftschluss mit dem Fundament bilden. Somit können weiterhin eine gute Wärmeleitung und Lastabtra-

gung sichergestellt werden.

Optional bzw. ergänzend dazu kann im Verbindungsbereich zwischen Bodenplatte und Fundament ein Spalt vorgesehen sein, in welchen eine dichtende bzw. isolie-

rende Masse eingebracht werden kann.

Ferner kann vorgesehen sein, dass mehrere Heizelemente innerhalb des Hohl-

raums aufgenommen sind, welche sich im Hohlraum frei dehnen können, was eine

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die Notwendigkeit, Heizelemente mit Schutzrohren zu ummanteln.

Vorteilhaft kann hierbei auch sein, dass bei Ausfall eines Heizelements, die weiteren im Hohlraum vorgesehenen Heizelemente die Heizfunktion aufrechterhalten, wodurch insgesamt eine gleichmäßige Wärmeverteilung im Hohlraum aufrechterhalten wird. Es kommt somit zu keinem Temperaturabfall in einem Einzelbereich der Bodenplatteninnenfläche, bzw. wird ein potentiell kritischer Temperaturabfall

weitgehend hintangehalten.

Die Heizelemente können hierbei als elektrische Heizelemente ausgebildet sein, an welche jeweils eine Phase eines Drehstroms angelegt wird, wodurch eine hohe

Leistungsfähigkeit der Heizeinrichtung erreicht werden kann.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass einzelne der Heizelemente in Draufsicht gesehen um einen Winkel versetzt zueinander innerhalb zumindest eines

Hohlraums angeordnet sind, sodass ein drehendes Magnetfeld erzeugbar ist.

Durch das drehende Magnetfeld, durch welche eine natürliche Rührfunktion hervorgerufen werden kann, kann die Metallschmelze weiterhin in Bewegung versetzt bzw. gehalten werden, was wiederum die kontinuierliche, homogene Durchmischung der Metallschmelze begünstigt. Auf die Heizelemente kann hierbei jeweils

eine Phase eines Drehstroms angelegt werden.

Die Heizelemente können hierbei in Form einer Sternschaltung 54 angeordnet

sein, um das drehende Magnetfeld zu erzeugen.

Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass eine Hohlraumdecke zwischen Hohlraumdeckfläche und Bodenplatteninnenfläche ausgebildet ist, wobei die Hohlraumdecke in unterschiedlichen Bodenplattenberei-

chen unterschiedliche Wandstärken aufweist. Mit dieser Maßnahme kann erreicht werden, dass die Wandstärke in einem Bo-

denplattenbereich ein Minimum aufweist, wodurch es zu einer Konzentrierung des

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natürliche Rührfunktion verbessert werden.

Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass die Wandstärke in einem zentralem Bodenplattenbereich und/oder in einem zentralem Hohlraumdeckenbereich

ein Minimum aufweist.

Bei dem zentralen Hohlraumdeckenbereich handelt es sich in einer Draufsicht auf das Fundament im Wesentlichen um den Mittelpunkt der Bodenplatte, oder in einer Draufsicht auf das Fundament im Wesentlichen um den Mittelpunkt jeweils einer Hohlraumdeckfläche, bei der Außermittigen Anordnung eines oder mehrerer

Hohlräume.

Vorteilhafterweise kann es hierbei zu einer gezielten Konzentrierung des Wärmeeintrags an einer bestimmten Stelle der Bodenplatteninnenfläche kommen, um die homogene Durchmischung der Schmelze, in Hinblick auf Wärme- und Partikelver-

teilung, weiterhin zu fördern.

Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn die Hohlraumdecke kuppelförmig, kegel-

förmig, zeltförmig oder pyramidenförmig ausgebildet ist.

Grundsätzlich sind hierbei auch sämtliche weitere geometrische Formen denkbar, mit welchen ein Minimum der Wandstärke in einem zentralen Hohlraumdeckenbe-

reich ausgebildet werden kann.

Durch eine kuppelförmige, kegelförmige, zeltförmige, ellipsenförmige, kugelförmige bzw. pyramidenförmige Ausbildung der Hohlraumdecke, kann die Konzentrierung der Wärmestrahlung der Heizeinrichtung bzw. der Heizelemente weiterhin begünstigt werden. Dadurch kann gezielt ein Wärme-Hotspot auf der Bodenplatteninnenfläche, im Bereich des Scheitelpunkts des Hotspots, erzeugt werden,

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bzw. Rührfunktion verstärkt werden kann.

Auch kann durch die erfindungsgemäße geometrische Ausgestaltung der Hohlraumdecke eine verbesserte Lastabtragung bzw. Lastabstützung nach unten erreicht werden, welche als vorteilhaft bei der Aufnahme von schwerer Metall-

schmelze anzusehen ist.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass auf der der Heizeinrichtung zugewandten Seite der Hohlraumbodenfläche eine Reflexionsschicht vorgesehen ist, welche zur Steigerung der Wärmeleistung der Heizeinrichtung und zur Konzentrierung der Wärmestrahlung beitragen kann, was in weiterer Folge die Bildung eines

Wärme-Hotspots auf der Bodenplatteninnenfläche begünstigen kann.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Reflexionsschicht zumindest einen konkaven Bereich aufweist, welcher unterhalb der Heizeinrichtung oder unterhalb

jeweils eines Heizelements angeordnet ist.

Der konkave Bereich kann hierbei die Bündelung der Wärmestrahlung begünstigen, wodurch sich im Bereich des thermisch wirksamsten Brennpunktes hohe Temperaturen erzielen lassen. Auch kann durch Vorsehen zumindest eines konkaven Bereichs eine aktive bzw. gezielte Lenkung der Wärmestrahlung unterstützt

werden. Der konkave Bereich kann hierbei wie eine Art Parabolspiegel wirken.

Gemäß einer besonderen Ausprägung ist es möglich, dass die Hohlraumbodenflä-

che ein Isolationselement gegenüber der Standfläche des Fundaments umfasst.

Hiermit kann erzielt werden, dass die Wärmestrahlung nach oben hin, also auf die Bodenplatteninnenfläche, konzentriert wird. Auch können durch das Vorsehen eines Isolationselementes Wärmeverluste nach unten minimiert werden, wodurch die Energieeffizienz des erfindungsgemäßen Schmelzeofens verbessert werden

kann.

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Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass eine Gaszuleitung in den Aufnahmeraum zur Erhöhung des Aufnahmeraum-Innen-

drucks durch den Hohlraum geführt ist, wodurch vorgewärmtes Gas bzw. vorgewärmte Druckluft in den Aufnahmeraum eingeleitet werden kann, um den Innen-

raum beim Niederdruck- bzw. Gegendruckgießen mit Druck zu beaufschlagen.

Hiermit wird ein großer Temperaturabfall einer ebenfalls in dem Aufnahmeraum befindlichen Metallschmelze verhindert bzw. weitgehend hintangehalten. Zusätzlich kann durch das Zuführen eines vorgewärmten Gases die Schlackebildung auf der Oberfläche der Metallschmelze minimiert bzw. ebenfalls weitgehend hintangehalten werden, was insgesamt zu einer Qualitätssteigerung der Metallschmelze führt.

Ebenso kann das Vorwärmen eines in den Aufnahmeraum eingeleiteten Gases bzw. einer Druckluft zu einer Erhöhung der Energieeffizienz des Schmelzeofens

führen, nachdem der Erhalt der Temperatur der Metallschmelze begünstigt wird.

Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn in dem Fundament zumindest ein zweiter Hohlraum vorgesehen ist. Hierbei können unterschiedliche Hohlräume mit

unterschiedlichen Hohlraumgeometrien vorgesehen sein.

Durch die Anordnung mehrerer Hohlräume im Fundament können je nach Anwendungsfall mehrere Wärme-Hotspots in der Bodenplatteninnenfläche vorgesehen werden, wodurch einerseits Konvektionsströme verstärkt werden können, bzw. auch gezielt gelenkt werden können. Die Ausbildung mehrerer Hohlräume kann beispielsweise In einem Mehrzonenofen von Vorteil sein, wobei in den unterschiedlichen Zonen unterschiedliche Temperatureinträge bzw. Hotspots realisiert

werden können.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Bodenplatteninnenfläche zumindest eine Senke aufweist, insbesondere dass die Senke bzw. ein Sumpf in der Bodenplat-

teninnenfläche durch zumindest ein Gefälle gebildet werden.

Vorteilhaft hierbei ist, dass die Senke beliebig bzw. frei in der Bodenplatteninnen-

fläche positioniert werden kann und somit für unterschiedlichste Anforderungen

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bzw. Anwendungen einsetzbar ist. Auch kann es vorgesehen sein, dass mehrere Gefälle ausgebildet sind, wobei durch eine bogen- bzw. kuppelförmige Ausgestaltung der Bodenplatte auch eine gute Lastabtragung der Metallschmelze nach un-

ter verbessert werden kann.

Die Senke bzw. der Sumpf können hierbei auch durch eine Ausnehmung im Fun-

dament ausgebildet werden.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass im Bereich der Senke eine Rührvorrichtung vorgesehen ist, womit vorteilhafterweise in den Bereich der Senke abgesunkene Metallpartikel aufgerührt werden können und eine gleichmäßige, homo-

gene Durchmischung der Metallschmelze verbessert wird.

Hierbei ist durch das Vorsehen der Heizeinrichtung im Fundament, eine freie Positionierung von Rührvorrichtungen möglich, wobei auch mehrere Rührvorrichtungen im Aufnahmeraum vorgesehen sein können. Rührvorrichtungen können hierbei auch durch eine Zugriffsöffnung temporär eingebracht werden, um die Metall-

schmelze gezielt zu durchmischen.

Auch kann die Position der Rührvorrichtung derart gewählt sein, dass diese beim Abkrätzen einer Metallschlacke nicht im Weg ist, bzw. den Abkrätzvorgang nicht behindert.

Vorteilhafterweise handelt es sich beim Rühren mittels einer Rührvorrichtung um eine zur Konvektionsströmung zusätzliche Rührfunktion um die homogene Durchmischung der Metallschmelze in Hinblick auf Temperatur- und Partikelverteilung

zu verbessern.

Bei der Metallschmelze kann es sich hierbei auch um ein Metal Matrix Composite handeln, welches mit den erfindungsgemäßen Rühreinrichtungen bzw. natürlichen Rührfunktionen in Bewegung versetzt bzw. gehalten wird um eine homogene

Durchmischung zu verbessern, wodurch wiederum die Qualität eines metallischen

Werkstücks verbessert werden kann.

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Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass die Rührvorrichtung ein mechanisches Rührwerk und/oder eine magnetische und/oder elektromagnetische Rühreinrichtung umfasst, wodurch die Flexibilität in Hinblick auf unterschiedliche Anwendungsfälle gesteigert werden kann. Bei einer magnetischen bzw. elektromagnetischen Rühreinrichtung wird eine über ein Magnetfeld eine Rührwirkung erzeugt, bzw. wirkt eine magnetische bzw. elektromagnetische Rühreinrichtung als Magnetfeldpumpe, wofür im Bereich der Senke eine

elektrische Spule vorgesehen sein kann.

Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass im Aufnahmeraum eine Zusatzheizung, insbesondere ein Elektro-Heizstab vorgesehen ist, um einen zusätzlichen

gezielten Wärmeeintrag auf die Metallschmelze aufzubringen.

Nach dem Befüllen des Aufnahmeraums eines Schmelzeofens kann es vorteilhaft sein, die Metallschmelze möglichst schnell aufzuheizen. Eine Zusatzheizung kann hierbei zusätzlich zu der Heizeinrichtung im Fundament einen schnellen Temperaturanstieg in der Schmelze bis zu einer gewünschten Temperatur beschleunigen,

um möglichst zeitnah einen Bearbeitungsprozess aufnehmen zu können.

Vorteilhafterweise ist die Zusatzheizung flexibel im Aufnahmeraum positionierbar und während dem Betrieb tauschbar, was die Flexibilität eines Schmelzeofens ins-

gesamt verbessern kann.

Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn das Ofengehäuse zumindest eine SichtÖffnung aufweist, welche mit einer für elektromagnetische Strahlung durchgängi-

gen Sichtscheibe verschlossen, insbesondere druckdicht verschlossen ist.

Die Sichtscheibe ist hierbei nicht zwingend optisch durchsichtig ausgebildet, son-

dern kann auch für Strahlung oder ein Messmittel durchsichtig ausgebildet sein.

Über die Sichtöffnung kann somit eine Messung von außen durchgeführt werden, wobei vorteilhafterweise Messmittel nicht durch eine Metallschmelze verschmutzt werden. Neben der Messung des Füllstandes ist hierbei auch die Messung des

Durchmischungsgrades der Schmelze denkbar.

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Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass an der Sichtscheibe eine Sendeund/oder Empfangseinheit für elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine

Radarsonde vorgesehen ist.

Hiermit kann eine zuverlässige, kontinuierliche Messung des Füllstandes der Metallschmelze im Schmelzeofen durchgeführt werden, wodurch die Prozesssicherheit beispielsweise beim Niederdruck- oder Gegendruckgießen verbessert werden

kann.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Heizeinrichtung im Fundament des Schmelzeofens, werden vorteilhafterweise Störungen der Radarsonde verhindert

bzw. weitgehend hintangehalten.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Schmelzen und/oder Temperieren von Metallschmelze mit einem Schmelzeofen, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:

- Befüllen eines Aufnahmeraums des Schmelzeofens mit einer Metallschmelze;

- Aktivieren der zumindest einen Heizeinrichtung;

- Erzeugen eines lokalen Wärme-Maximums auf der Bodenplatteninnenfläche, wodurch eine Strömung und/oder eine Turbulenz innerhalb der Metallschmelze er-

zeugt wird.

Bei der unterseitigen Beheizung der Bodenplatteninnenfläche herrscht aufgrund auftretender Konvektion in der Materialschmelze eine gleichmäßigere Wärmeverteilung innerhalb der Metallschmelze bzw. im Schmelzebad, was letztlich zur Qua-

litätsverbesserung der aus der Schmelze erzeugten Gießereiprodukte führt.

Zusätzlich kann durch Aktivierung einer weiteren Rühreinrichtung, wodurch die Strömung und/oder die Turbulenz innerhalb der Schmelze erhöht wird, die homogene Durchmischung der Metallschmelze in Hinblick auf Wärme- und Partikelver-

teilung weiterhin verbessert werden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden

Figuren näher erläutert.

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Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schmelzeofens in Form eines Wannenofens;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schmelzeofens in Form eines Tiegelofens;

Fig. 3 a bis f verschiedene schematische Darstellungen unterschiedlicher

Ausführungsformen, welche Schmelzeöfen mit unterschiedlichen Hohl-

raumanordnungen zeigen;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schmelzeofens für den Einsatz

beim Gegendruck- oder Niederdruckgießen;

Fig. 5 a bis c verschiedene schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsformen, welche Schmelzeöfen mit zumindest einer Senke

in der Bodenplatteninnenfläche zeigen;

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer sternförmigen Anordnung von Heizele-

menten.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-

angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Schmelzeöfen 1 werden in der Metallverarbeitung dazu verwendet, Metallschmelzen 3 zu schmelzen oder zu temperieren. Metallschmelzen 3 können hierbei auch im Schmelzeofen 1 transportiert werden, oder aus dem Schmelzeofen 1 mittels einer nicht näher dargestellten Fördereinrichtung zu einer weiteren Verarbeitung ge-

fördert werden.

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In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schmelzeofens 1 in Form eines Wannenofens 2 gezeigt. Der Schmelzeofen 1 zum Schmelzen und/oder Temperieren von Metallschmelze 3 umfasst ein Ofengehäuse 4 mit einem Fundament 5 und einer Seitenwandung 6, welche einen Aufnahmeraum 7 zur Aufnahme von Metallschmelze 3 begrenzt. Der Aufnahmeraum 7 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine feuerfeste Versiegelung 8 auf, um das warmfeste Ofengehäuse 4 gegenüber der Metallschmelze 3 zu versiegeln und um eine möglichst leicht zu reinigende Oberfläche des Aufnahmeraums 7 zu schaffen. Die Versiegelung 8

dient gleichzeitig als Schutz der Ausmauerung des Ofengehäuses 4.

Bei der Versiegelung 8 handelt es sich insbesondere um eine feuerfeste Ausmauerung, ein keramisches Material, eine feuerfeste Stampf- oder Spritzmasse oder

einen feuerfesten Beton.

In einer vorteilhaften nicht näher dargestellten Ausführungsform ist die Versiegelung 8 auswechselbar, als Wechseleinsatz bzw. austauschbare Wanne ausgeführt, um beispielsweise im Falle einer Abnützung oder eines Verschleißes der

Versiegelung 8, diese einfach auszutauschen bzw. ersetzen zu können.

Das Fundament 5 weist eine Standfläche 9 und eine dem Aufnahmeraum 7 zugewandten Bodenplatteninnenfläche 10 auf, wobei an der Standfläche 9 optional auch nicht näher dargestellte Standfüße bzw. ein Sockel vorgesehen sein kann, um eine ausreichende Standfestigkeit des Schmelzeofens 1 bzw. eine ausrei-

chende Lastabtragung zu gewährleisten.

An das Fundament 5 anschließend ist die Seitenwandung 6 ausgebildet, welche eine dem Aufnahmeraum 7 zugewandte Innenmantelfläche 11 und eine nach auRen gewandte Außenmantelfläche 12 umfasst. An die Innenmantelfläche 11 anschließend kann wiederum eine Versiegelung 8 vorgesehen sein. Die Seitenwandung 6 umfasst weiterhin einen dem Fundament 5 zugewandten unteren Wandbereich 13 und einen oberen Wandbereich 14. In dem oberen Wandbereich 14 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Deckplatte 15 vorgesehen, um den Auf-

nahmeraum 7 für die Metallschmelze 3 zu verschließen, insbesondere um den

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Aufnahmeraum 7 als weitgehend luft- bzw. gasdichten Behälter bzw. Raum auszubilden. Weitgehend luft- bzw. gasdicht bedeutet, dass auch Leckagen in geringem Ausmaß auftreten können. Um den Zugriff zu dem Aufnahmeraum 7 zu ermöglichen und um den Schmelzeofen 1 mit einer Metallschmelze 3 zu beladen ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Zugriffsöffnung 16 vorgesehen, welche mit einem Zugriffsdeckel 17 verschließbar ausgeführt ist. Über die Zugriffsöffnung 16 können auch Reinigungs- und Wartungsarbeiten des Schmelzeofens 1 durchgeführt werden, wie zum Beispiel das Abkrätzen, wobei mittels einem Schlackenschieber die auf der Metallschmelze 3 entstandene Oxidschicht bzw. Schlacke-

schicht entfernt wird.

In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel können auch mehrere Zugriffsöffnungen 16 am Ofengehäuse 4 vorgesehen sein, wobei die Positionierung nicht auf die Deckplatte 15 eingeschränkt ist und auch in der Seitenwandung 6 eine oder mehrere Zugriffsöffnungen 16, welche mit Zugriffsdeckeln 17 verschlos-

sen sein können, angeordnet sein können.

Der in Fig. 1 dargestellte Schmelzeofen 1 umfasst eine Heizeinrichtung 18, welche drei Heizelemente 19 umfasst. Die Heizelemente 19 können an ein mehrphasiges,

vorzugsweise dreiphasiges Wechselspannungsnetz angeschlossen sein.

In einer weiteren nicht näher gezeigten Ausführungsform kann anstelle einer elektrischen Heizeinrichtung 18 eine elektromagnetische Heizeinrichtung 18 vor-

gesehen sein.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, ist in dem Fundament 5 ein Hohlraum 20 vorgesehen, welcher durch eine Hohlraumbodenfläche 21, Hohlraumseitenflächen 22 und eine Hohlraumdeckfläche 23 begrenzt ist. Die Heizeinrichtung 18 mit mehreren Heizelementen 19 ist im Hohlraum 20 angeordnet, um eine Bodenheizung für den Schmelzeofen 1 auszubilden. Die Anordnung mehrerer Heizelemente 19 in einem gemeinsamen Hohlraum 20 begünstigt hierbei einen konzentrierten Wärmeintrag in Form eines lokalen Wärme-Maximums 24, bzw. Hot-Spots auf die Bodenplat-

teninnenfläche 10 und in weiterer Folge auf die Metallschmelze 3.

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Dadurch, dass von unten ein hoher Wärmeeintrag in Form des Wärme-Maximums 24 auf die Metallschmelze 3 erfolgt und über die Außenmantelfläche 12 der Seitenwandung 6 ein geringer Temperatureintrag in Form eines Temperatur-Minimums 25 auf die Metallschmelze 3 erfolgt, entsteht eine Strömung bzw. eine Turbulenz innerhalb der Metallschmelze 3. Über die thermische bzw. natürliche Konvektion entsteht somit eine Konvektionsströmung 26, welche die Metallschmelze 3 in Bewegung versetzt bzw. in Bewegung hält. Mittels der natürlichen Rührfunktion der Metallschmelze 3 wird eine homogene Verteilung der Metallschmelze 3 erreicht und ein Absenken von Metallpartikeln 27 wird weitestgehend verhindert

bzw. hintangehalten.

Um die Entstehung eines Wärme-Maximums 24 zu verstärken bzw. zu begünstigten ist in dem in Fig. 1 dargestellten Schmelzeofen 1 auf der der Heizeinrichtung 18 zugewandten Seite der Hohlraumbodenfläche 21 eine Reflexionsschicht 28 vorgesehen. Mittels der Reflexionsschicht 28 wird die Wärmestrahlung der Heiz-

elemente 19 reflektiert, gebündelt oder gestreut.

Um die Wärmestrahlung der Heizelemente 19 verstärkt reflektieren, bündeln oder streuen zu können, weist die Reflexionsschicht 28 jeweils unterhalb eines Heizele-

ments 19 einen konkaven Bereich auf.

In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform kann der konkave Bereich der Reflexionsschicht 28 auch unterhalb der gesamten Heizeinrichtung 18 angeordnet

sein.

Um den Schmelzeofen 1 nach unten bzw. zur Standfläche 9 hin zu isolieren und einen Wärmeverlust aus dem Hohlraum 20 in dem Fundament 5 zu begrenzen

bzw. hintanzuhalten, umfasst die Hohlraumbodenfläche 21 ein Isolationselement 29, insbesondere eine Vakuumisolierung, gegenüber der Standfläche 9 des Fun-

daments 5.

Wie in der Fig.1 auch ersichtlich ist, ist zwischen Bodenplatteninnenfläche 10 und Hohlraumdeckfläche 23 eine Bodenplatte 51 ausgebildet, welche gemäß einer

Ausführungsform aus einem gut wärmeleitenden und gut tragfähigen Material, wie

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Schwerbeton oder Silikatbeton hergestellt ist. Die Bodenplatte 51 kann hierbei, beispielsweise im Falle einer Abnützung, leicht ausgetauscht werden, nachdem

diese als eigenes Bauteil im Fundament 5 angeordnet ist.

Optional können auch wie in Fig. 1 dargestellt, eine erste Elektrode 52 und eine zweite Elektrode 53 im Aufnahmeraum 7 vorgesehen sein, welche derart positioniert sind, dass sie in die Metallschmelze 3 eingreifen, um ein Drehfeld zu erzeu-

gen.

In der Fig. 2 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform des Schmelzeofens 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in der vorangegangenen Fig. 1 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 1 hingewiesen bzw. Bezug

genommen.

Der in Fig. 2 dargestellte Schmelzeofen 1 ist hierbei in Form eines Tiegelofens 30 ausgeführt, welcher tiegelförmig, also mit einer umlaufenden Seitenwandung 6 ausgeführt ist, wobei wiederum ein Aufnahmeraum 7 zur Aufnahme von Metallschmelze 3 begrenzt wird. In dem Fundament 5 ist ein Hohlraum 20 vorgesehen, wobei mehrere Heizelemente 19 einer Heizeinrichtung 18 im Hohlraum aufgenom-

men sind.

Das Fundament 5 des Tiegelofens 30 ist dabei als Sockel 31 für die lastabtragende Abstützung des Tiegelofens 30 ausgeführt. Für den Einsatz des Tiegelofens 30 beim Druckgießen, insbesondere beim Niederdruck- oder Gegendruck-

gießen, kann der Tiegelofen 30 in einer druckdichten Hülle 32 angeordnet sein.

In den Fig. 3a bis 3f sind eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsformen des Schmelzeofens 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. 1 und Fig. 2 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 1 und

Fig. 2 hingewiesen bzw. Bezug genommen.

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Fig. 3a bis 3f zeigen dabei verschiedene schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsformen von Hohlräumen 20 bzw. Hohlraumanordnungen, wel-

che innerhalb des Fundament 5 vorgesehen sind.

Um das Erzeugen eines lokalen Wärme-Maximums, bzw. Hot-Spots auf der Bodenplatteninnenfläche 10, wodurch eine Strömung bzw. Turbulenz innerhalb der Metallschmelze 3 entsteht, weiterhin zu begünstigen, weisen die in den Fig. 3a bis 3f dargestellten Ausführungsvarianten Hohlraumdecken 33 mit unterschiedlichen Wandstärken 35 auf. Die Hohlraumdecken 33 sind jeweils zwischen Hohlraumdeckfläche 23 und Bodenplatteninnenfläche 10 ausgebildet und weisen in unter-

schiedlichen Bodenplattenbereichen 34 unterschiedliche Wandstärken 35 auf.

Fig. 3a zeigt einen Hohlraum 20 mit einer kuppelförmigen bzw. gewölbten Hohlraumdecke 33, wobei die Wandstärke 35 in einem zentralem Bodenplattenbereich 34 ein Minimum aufweist. Die Heizeinrichtung 18 umfasst dabei drei Heizelemente 19.

Fig. 3b zeigt die Anordnung eines ersten Hohlraums 20 und eines zweiten Hohlraums 20‘ mit jeweils einer kuppelförmigen bzw. gewölbten Hohlraumdecke 33, 33‘, wobei die Wandstärke 35 jeweils in einem zentralem Hohlraumdeckenbereich 36 ein Minimum aufweist. Die Heizeinrichtung 18 umfasst dabei jeweils drei Heiz-

elemente 19.

Fig. 3c zeigt die Anordnung zweier Hohlräume 20, 20‘, wobei der erste Hohlraum 20 eine kuppelförmige bzw. gewölbte Hohlraumdecke 33 aufweist und der zweite Hohlraum 20‘ eine zeltförmige bzw. kegel- oder pyramidenförmige Hohlraumdecke 33‘ aufweist. Die Wandstärke 35 weist wiederum jeweils in einem zentralem Hohlraumdeckenbereich 36 ein Minimum auf. Die Heizeinrichtung 18 umfasst dabei in dem ersten Hohlraum 20 drei Heizelemente 19 und in dem zweiten Hohlraum 20

sechs Heizelemente 19.

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Fig. 3d zeigt einen Hohlraum 20 mit einer zeltförmigen bzw. kegel- oder pyramidenförmigen Hohlraumdecke 33, wobei die Wandstärke 35 in einem zentralem Bodenplattenbereich 34 ein Minimum aufweist. Die Heizeinrichtung 18 umfasst dabei

drei Heizelemente 19.

Fig. 3e zeigt einen Hohlraum 20 mit einer flachen Hohlraumdecke 33, wobei der Mittelpunkt des Hohlraumdeckenbereichs 36 außermittig in dem Fundament 5 liegt, bzw. der Mittelpunkt des Hohlraumdeckenbereichs 36 nicht im zentralen Bodenplattenbereich 34 liegt. Die Wandstärke 35 weist über den gesamten Hohlraumdeckenbereich 36 ein Minimum auf. Die Heizeinrichtung 18 umfasst sechs

Heizelemente 19.

Fig. 3f zeigt einen ellipsenförmigen Hohlraum 20 wobei der Mittelpunkt des Hohlraumdeckenbereichs 36 außermittig in dem Fundament 5 liegt, bzw. der Mittelpunkt des Hohlraumdeckenbereichs 36 nicht im zentralen Bodenplattenbereich 34 liegt. Die Wandstärke 35 weist in einem zentralem Hohlraumdeckenbereich 36 ein

Minimum auf. Die Heizeinrichtung 18 umfasst drei Heizelemente 19.

Bei einem ellipsenförmigen Hohlraum 20 sind Hohlraumbodenfläche 21, Hohlraumseitenfläche 22 und Hohlraumdeckfläche 23 sinngemäß auf die Hohlraumflä-

chenbereiche einer Ellipse zu übertragen.

Die in den Figuren gezeigten Geometrien von Hohlräumen 20, 20° bzw. Hohlraumdecken 33, aber auch die Anzahl an Hohlräumen 20, 20‘ innerhalb eines einzelnen Fundaments 5 ist dabei keinesfalls als einschränkend anzusehen. Es ist hierbei eine Vielzahl von Hohlräumen 20, 20‘ mit vieleckigen, runden oder kombinierten Geometrien innerhalb eines einzelnen Fundaments 5 denkbar. Auch die Art und Anzahl an Heizeinrichtungen 18 bzw. Heizelementen 19 kann je nach Anwendungsfall unterschiedlich sein. Überdies sind in Bezug auf Anzahl und Geometrien von Hohlräumen 20, 20° und Art und Anzahl an Heizeinrichtungen 18 bzw. Heiz-

elementen 19 eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten denkbar.

Je nach Anwendungsbereich wird somit das Erzeugen eines lokalen Wärme-Maxi-

mums, bzw. Hot-Spots auf der Bodenplatteninnenfläche 10 begünstigt. Denkbar

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ist hierbei in einer nicht näher gezeigten Ausführungsform, dass in einem Mehrzonen-Schmelzeofen 1 in unterschiedlichen Bereichen des Fundaments 5 unterschiedlich geformte Hohlräume 20, 20‘ vorgesehen sein können, um die einzelnen

Zonen unterschiedlich beheizen zu können.

In der Fig. 4 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform des Schmelzeofens 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. 1 bis Fig. 3 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 1 bis Fig. 3 hinge-

wiesen bzw. Bezug genommen.

In der Fig. 4 ist dabei ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schmelzeofens 1 für

den Einsatz beim Gegendruck- oder Niederdruckgießen gezeigt.

Beim Niederdruck- oder Gegendruckgießen handelt es sich um ein industrielles GieRverfahren zur Herstellung von Gussstücken. Dabei wird Metallschmelze 3, insbesondere Aluminium, aber auch Magnesium, Kupfer, Eisen und/oder Stahl mittels zumindest eines Steigrohrs 37 von unten in einen nicht näher dargestellten Formhohlraum einer Gussform, meist eine Kokille (Dauerform), oder eine Sandform gedrückt. Eine entsprechende Aufwärtsbewegung der Metallschmelze 3 aus dem Aufnahmeraum 7 entgegen der Schwerkraft erfolgt dabei durch Gasdruckbe-

aufschlagung über eine Gaszuleitung 38 der Metallschmelze 3.

In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, wird die Gaszuleitung 38 durch den Hohlraum 20 in dem Fundament 5 geführt, um den Aufnahmeraum-Innendruck zu erhöhen. Während das Gas durch den Hohlraum 20 geleitet wird, wird dieses erwärmt bzw. erhitzt, bis es den Aufnahmeraum 7 erreicht. Nachdem nun ein vorgewärmtes Gas bzw. eine vorgewärmte Druckluft den Aufnahmeraum 7 erreicht, wird die Schlackenbildung auf der Oberfläche der Metallschmelze 3 mini-

miert bzw. weitgehend hintangehalten.

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Anstelle eines einzelnen Steigrohrs 37 kann dabei ein nicht näher gezeigtes Steigrohrarray aus mehreren Steigrohren 37 vorgesehen sein, um die Metallschmelze 3

gleichzeitig in mehrere Stellen des Formhohlraums einzubringen.

Dadurch, dass die Heizeinrichtung 18 wiederum in dem Fundament 5 angeordnet ist, kann die Metallschmelze 3 von unten erhitzt werden, wobei der Aufnahmeraum 7 über eine Zugriffsöffnung 16 mit der Metallschmelze 3 beladen werden kann. Die Heizeinrichtung 18 muss hierbei nur lediglich jene Wärme zur Verfügung stellen, welche von der Metallschmelze 3 während der Verweildauer im Aufnahmeraum 7

abgegeben wird.

Dadurch dass es sich bei Bodenheizungen im Allgemeinen um eher träge Systeme handelt, kann gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform auch optional eine Zusatzheizung 39 vorgesehen sein. Dabei kann es sich um zumindest einen Elektro-Heizstab 40 handeln, mittels welchem die Metallschmelze 3 zusätzlich von oben beheizt werden kann. Um eine Schlackenbildung auf der Oberfläche der Metallschmelze 3 zu minimieren, kann eine Zusatzheizung 39 auch direkt in die Schmelze eingebracht werden. Ein Elektro-Heizstab 40 kann hierbei durch die

Seitenwandung 6 in den Aufnahmeraum 7 geführt sein.

Durch die unterschiedlich hohen Wärmeeinträge, entsteht wiederum eine Konvektionsströmung 26 innerhalb der Metallschmelze 3, welche die Metallschmelze 3 in Bewegung versetzt und zur homogenen Verteilung der Metallschmelze 3 beiträgt, wodurch ein Absenken von Metallpartikeln 27 und eine Schlackenbildung auf der Oberfläche der Metallschmelze 3 weitestgehend verhindert bzw. hintangehalten werden. Durch die Zuführung einer homogen durchmischten Metallschmelze 3

über das Steigrohr 37 wird somit eine hohe Qualität des Gießprozesses erreicht.

Um den Füllstand der Metallschmelze 3 innerhalb des Aufnahmeraums 7 zu messen und um die Durchmischung der Schmelze zu überwachen, weist die in der Fig. 4 gezeigte Ausführungsform eines Schmelzeofens 1 im Ofengehäuse 4 eine Sichtöffnung 41 auf. Die Sichtöffnung 41 ist dabei mit einer für elektromagnetische

Strahlung 42 durchgängigen Sichtscheibe 43 verschlossen. An der Sichtscheibe

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43 ist weiters eine Sende- bzw. Empfangseinheit 44 für elektromagnetische Strah-

lung 42, insbesondere eine Radarsonde 45 vorgesehen.

Beim Auftreffen der Strahlung 42 auf der Oberfläche der Metallschmelze 3 verändert sich der Wellenwiderstand und ein Teil der Sendeenergie wird reflektiert. Die von der Radarsonde 45 gemessene und ausgewertete Zeitdauer zwischen dem Senden und dem Empfangen der reflektierten Signale bzw. Strahlung 42 ist ein direktes Maß für die Distanz zwischen Prozesseinkopplung und der Oberfläche der Metallschmelze 3. Hiermit kann eine wartungsfreie Messung der Metallschmelze 3, auch bei durch die Konvektionsströmung 26 hervorgerufenen Turbulenzen

durchgeführt werden.

Anstelle oder zusätzlich zu einer Radarsonde 45 bzw. einer Messung durch die durchgängige Sichtscheibe 43, kann auch ein nicht näher dargestellter Fühler vorgesehen sein, welcher in die Metallschmelze 3 eingreift bzw. eingeführt ist, üb den

Füllstand oder sonstige Eigenschaften der Metallschmelze 3 zu messen.

In der Fig. 5a und 5c sind weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsformen des Schmelzeofens 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. 1 bis Fig. 4 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 1 bis Fig. 4

hingewiesen bzw. Bezug genommen.

Fig. 5a bis 5c zeigen verschiedene schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsformen, welche Schmelzeöfen 1 mit zumindest einer Senke 46, 46‘ in der Bodenplatteninnenfläche 10 zeigen. Die Senke 46, 46° in der Bodenplatteninnenfläche 10 ist dabei durch zumindest ein Gefälle 47, 47‘ gebildet. Um eine homogene Durchmischung der Metallschmelze 3 zu erreichen bzw. zu verbessern, ist im Bereich der Senke 46, 46‘ eine Rührvorrichtung 48 vorgesehen, um abgesunkene Metallpartikel 27 aufzurühren und mit der Metallschmelze 3 zu durchmi-

schen.

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In der Fig. 5a ist ein Schmelzeofen 1 mit einem Gefälle 47 und einer Senke 46 gezeigt, wobei die Rührvorrichtung 48 als mechanisches Rührwerk 49 ausgebildet ist. Das Rührwerk 49 greift dabei über die Deckplatte 15 in den Aufnahmeraum 7

ein.

In der Fig. 5b ist ein Schmelzeofen 1 mit einem ersten Gefälle 47 und einem zweiten Gefälle 47‘ und einer Senke 46 gezeigt, wobei die Rührvorrichtung 48 im Bereich der Senke 46 als magnetische bzw. elektromagnetische Rühreinrichtung 50 ausgebildet ist. Ein weiteres mechanisches Rührwerk 49 greift über die Zugriffsöffnung 16 in den Aufnahmeraum 7 ein. Bei einer magnetischen bzw. elektromagnetischen Rühreinrichtung 50 wird eine über ein Magnetfeld eine Rührwirkung erzeugt, bzw. wirkt eine magnetische bzw. elektromagnetische Rühreinrichtung 50

als Magnetfeldpumpe.

In der Fig. 5c ist ein Schmelzeofen 1 mit einem ersten Gefälle 47 und einem zweiten Gefälle 47‘ und einer ersten Senke 46 und einer zweiten Senke 46‘ gezeigt, wobei im Bereich der Senken 46, 46‘ jeweils eine Rührvorrichtung 48 in Form ei-

nes mechanischen Rührwerks 49 ausgebildet ist.

Das Fundament 5 ist in der in Fig. 5c dargestellten Ausführungsform kuppelförmig ausgebildet, wodurch die Lastabtragung der Metallschmelze 3 im Aufnahmeraum

7 begünstigt wird.

In der Fig. 6 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der Anordnung von Heizelementen 19 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. 1 bis Fig. 5 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 1

bis Fig. 5 hingewiesen bzw. Bezug genommen.

In der Fig. 6 sind einzelne der Heizelemente 19 in Draufsicht gesehen um einen Winkel versetzt zueinander innerhalb des Hohlraums 20 angeordnet, sodass ein

drehendes Magnetfeld erzeugbar ist. Die Anordnung der Heizelemente 19 in dem

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Hohlraum 20 eines Schmelzeofens 1 ist gemäß des dargestellten Ausführungsbeispiels sternförmig, wobei an jeweils einem Heizelement 19 eine Phase (L1, L2, L3) eines Drehstroms angelegt wird, welche in einem Mittelpunkt zusammengeschaltet sind. Mittels des drehenden Magnetfelds entsteht wiederum eine natürliche

Rührfunktion für die Metallschmelze 3.

In einer alternativen nicht näher dargestellten Ausführungsform können die Heizelemente 19 auch in mehreren Hohlräumen 20, 20° angeordnet sein, wobei wiederum an jeweils einem Heizelement 19 eine Phase (L1, L2, L3) eines Drehstroms

angelegt wird, um ein drehendes Magnetfeld zu erzeugen.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen

Fachmannes liegt.

Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zu-

grundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.

Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.

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Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert

und/oder verkleinert dargestellt wurden.

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Bezugszeichenliste

1 Schmelzeofen 30 Tiegelofen

2 Wannenofen 31 Sockel

3 Metallschmelze 32 druckdichte Hülle

4 Ofengehäuse 33 Hohlraumdecke

5 Fundament 33‘ Hohlraumdecke

6 Seitenwandung 34 Bodenplattenbereich 7 Aufnahmeraum 35 Wandstärke

8 Versiegelung 36 Hohlraumdeckenbereich 9 Standfläche 37 Steigrohr

10 Bodenplatteninnenfläche 38 Gaszuleitung

11 Innenmantelfläche 39 Zusatzheizung

12 Außenmantelfläche 40 Heizstab

13 unterer Wandbereich 41 Sichtöffnung

14 oberer Wandbereich 42 Strahlung

15 Deckplatte 43 Sichtscheibe

16 Zugriffsöffnung 44 Sende-/ Empfangseinheit 17 Zugriffsdeckel 45 Radarsonde

18 Heizeinrichtung 46 Senke

19 Heizelement 46‘ Senke

20 Hohlraum 47 Gefälle

20° Hohlraum 47° Gefälle

21 Hohlraumbodenfläche 48 Rührvorrichtung

22 Hohlraumseitenfläche 49 Rührwerk

23 Hohlraumdeckfläche 50 Rühreinrichtung

24 Wärme-Maximum 51 Bodenplatte

25 Temperatur-Minimum 52 erste Elektrode

26 Konvektionsströmung 53 zweite Elektrode

27 Metallpartikel 54 Sternschaltung

28 Reflexionsschicht

29 Isolationselement

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Claims (19)

Patentansprüche

1. Schmelzeofen (1) zum Schmelzen und/oder Temperieren von Metallschmelze (3) umfassend

- ein Ofengehäuse (4) mit einem Fundament (5) und einer Seitenwandung (6), welche einen Aufnahmeraum (7) zur Aufnahme von Metallschmelze (3) begrenzt; - wobei das Fundament (5) eine Standfläche (9) und eine dem Aufnahmeraum (7) zugewandten Bodenplatteninnenfläche (10) umfasst; und

- wobei die Seitenwandung (6) an das Fundament (5) anschließend ausgebildet ist und eine dem Aufnahmeraum (7) zugewandte Innenmantelfläche (11) und eine nach außen gewandte Außenmantelfläche (12) umfasst; und

- wobei die Seitenwandung (6) einen dem Fundament (5) zugewandten unteren Wandbereich (13) und einen oberen Wandbereich (14) umfasst;

- zumindest eine Heizeinrichtung (18), welche zumindest ein Heizelement (19) umfasst;

dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fundament (5) zumindest ein Hohlraum (20) vorgesehen ist, welcher Hohlraum (20) durch zumindest eine Hohlraumbodenfläche (21), zumindest eine umlaufende Hohlraumseitenfläche (22) und zumindest eine Hohlraumdeckfläche (23) begrenzt ist und wobei die Heizeinrichtung

(18) im Hohlraum (20) angeordnet ist.

2. Schmelzeofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Bodenplatteninnenfläche (10) und Hohlraumdeckfläche (23) eine Boden-

platte (51) ausgebildet ist.

3. Schmelzeofen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Heizelemente (19) innerhalb des Hohlraums (20) aufgenommen

sind.

4. Schmelzeofen (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass

einzelne der Heizelemente (19) in Draufsicht gesehen um einen Winkel versetzt

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zueinander innerhalb zumindest eines Hohlraums (20, 20°) angeordnet sind, so-

dass ein drehendes Magnetfeld erzeugbar ist.

5. Schmelzeofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hohlraumdecke (33) zwischen Hohlraumdeckfläche (23) und Bodenplatteninnenfläche (10) ausgebildet ist, wobei die Hohlraumdecke (33) in unterschiedlichen Bodenplattenbereichen (34) unterschiedliche

Wandstärken (35) aufweist.

6. Schmelzeofen (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (35) in einem zentralem Bodenplattenbereich (34) und/oder in einem

zentralem Hohlraumdeckenbereich (36) ein Minimum aufweist.

7. Schmelzeofen (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumdecke (33) kuppelförmig, kegelförmig, zeltförmig

oder pyramidenförmig ausgebildet ist.

8. Schmelzeofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Heizeinrichtung (18) zugewandten

Seite der Hohlraumbodenfläche (21) eine Reflexionsschicht (28) vorgesehen ist.

9. Schmelzeofen (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht (28) zumindest einen konkaven Bereich aufweist, welcher unterhalb der Heizeinrichtung (18) oder unterhalb jeweils eines Heizelements (19)

angeordnet ist.

10. Schmelzeofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumbodenfläche (21) ein Isolationsele-

ment (29) gegenüber der Standfläche (9) des Fundaments (5) umfasst.

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11. Schmelzeofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gaszuleitung (38) in den Aufnahmeraum (7) zur Erhöhung des Aufnahmeraum-Innendrucks durch den Hohlraum (20) geführt

ist.

12. Schmelzeofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fundament (5) zumindest ein zweiter Hohl-

raum (20°) vorgesehen ist.

13. Schmelzeofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatteninnenfläche (10) zumindest eine Senke (46) aufweist, insbesondere dass die Senke (46) in der Bodenplatteninnenfläche (10) durch zumindest ein Gefälle (47) gebildet wird.

14. Schmelzeofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Senke (46) eine Rührvorrichtung

(48) vorgesehen ist.

15. Schmelzeofen (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührvorrichtung (48) ein mechanisches Rührwerk (49) und/oder eine magneti-

sche und/oder elektromagnetische Rühreinrichtung (50) umfasst.

16. Schmelzeofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Aufnahmeraum (7) eine Zusatzheizung (39),

insbesondere ein Elektro-Heizstab (40) vorgesehen ist.

17. Schmelzeofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ofengehäuse (4) zumindest eine Sichtöffnung (41) aufweist, welche mit einer für elektromagnetische Strahlung (42) durchgängi-

gen Sichtscheibe (43) verschlossen ist.

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18. Schmelzeofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sichtscheibe (43) eine Sende- und/oder Empfangseinheit (44) für elektromagnetische Strahlung (42), insbesondere eine

Radarsonde (45) vorgesehen ist.

19. Verfahren zum Schmelzen und/oder Temperieren von Metallschmelze (3) mit einem Schmelzeofen (1), insbesondere mit einem Schmelzeofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:

- Befüllen eines Aufnahmeraums (7) des Schmelzeofens (1) mit einer Metallschmelze (3);

- Aktivieren der zumindest einen Heizeinrichtung (18);

- Erzeugen eines lokalen Wärme-Maximums auf der Bodenplatteninnenfläche (10), wodurch eine Strömung und/oder eine Turbulenz innerhalb der Metall-

schmelze (3) erzeugt wird.

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