Vorrichtung zur dosierten Abgabe schmelzflüssiger Metalle aus einem Behälter Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur dosierten Abgabe schmelzflüssiger Metalle, ins besondere solcher mit mittlerer Schmelztemperatur wie Aluminium, Magnesium und Zink und deren Legierungen, die aus einem Behälter, insbesondere einem Warmhalte- oder Schmelzofen in ein Zwischen- gefäss gefördert werden.
Es ist bekannt, beim Betrieb von Kaltkammer- Druckgiessmaschinen das schmelzflüssige Metall aus einem Tiegel bzw. Warmhalte- oder Schmelzofen in die Kaltkammer umzuschöpfen, bevor mit dem Gies- sen begonnen wird. Es wurden bereits Maschinen zum automatischen Schöpfen des Metalls entwickelt, um das Schöpfen von Hand zu ersparen. Ferner sind Einrichtungen bekannt geworden, bei denen das schmelzflüssige Metall einem Tiegel mittels Druck gas, Unterdruck oder durch Spezialpumpen entnom men wird.
Allen diesen Einrichtungen haften jedoch den Be triebsablauf hemmende und die Qualität des Endpro duktes mindernde Faktoren an, die auf Oxydbildung im Förderrohr, erhöhte Störanfälligkeit der Ventile im Schmelzbad, Notwendigkeit einer Rohrbeheizung usw. beruhen.
Die Oxydbildung im Förderrohr erklärt sich dar aus, dass zwischen den einzelnen Fördervorgängen beim Absinken des Badspiegels im Förderrohr Luft sauerstoff in das Rohr eintreten kann, was Oxydbil- dung und damit Verschmutzung des zu vergiessenden Metalls und damit Ausschuss zur Folge hat.
Zur Vermeidung dieser Oxydbildung im Förder- rohr wurde bereits vorgeschlagen, das Rohr zwischen den einzelnen Fördervorgängen mit flüssigem Metall gefüllt zu halten. Das ist jedoch nur möglich, wenn das Rohr beheizt wird und z. B. durch Ventile, die innerhalb des Bades liegen, abgeschlossen wird. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass es ausserordent- lich schwierig ist, solche Ventile längere Zeit hin durch betriebstüchtig zu erhalten, insbesonders wenn es sich um höhere Temperaturen und aggressive Schmelzen handelt.
Die Rohrbeheizung ist dann unbedingt erforder lich, wenn das Rohr zwischen den Fördervorgängen mit ruhender Schmelze gefüllt bleiben muss, oder wenn das Rohr nur intermittierend gefüllt wird.
Zur genauen Dosierung der zu vergiessenden Menge an Schmelze, wie sie für jeweils einen Giess- vorgang erforderlich ist, ist eine Messvorrichtung not wendig. Solche an sich bekannte Einrichtungen sind, wie die Erfahrung gezeigt hat, für die Praxis zu kom pliziert, weil sie störanfällig und auch unwirtschaft- lich sind, insbesonders, wenn zusätzliche Ventile in nerhalb der Schmelze und eine Beheizung des Förder- rohres unumgänglich ist.
Ein weiterer Nachteil dieser bisher bekannt gewordenen Vorrichtungen zur auto matischen dosierten Abgabe von schmelzflüssigen Metallen ist auch darin zu erblicken, dass sich in einem zu wenig bewegten Bad ein Temperaturgefälle ausbildet, beispielsweise zwischen der beheizten Tie- gelwand und der Tiegelmitte, oder auch dann, wenn die Schmelze unterschiedlich lange im Förderrohr steht.
Diese Nachteile vermeidet die Erfindung. Zu die sem Zweck ist die Vorrichtung zur dosierten Abgabe schmelzflüssiger Metalle, insbesonders solcher mit mittlerer Schmelztemperatur wie Aluminium, Ma gnesium, Zink und deren Legierungen, die aus einem Behälter, insbesonders einem Warmhalte- oder Schmelzofen durch ein Speiserohr in ein oberhalb des Badspiegels des Behälters angeordnetes Zwischen- gefäss mit Ausgussstutzen mittels einer im Behälter angeordneten Pumpe gefördert werden, derart ausge- bildet, dass ausser dem Speiserohr, das die ventillose Pumpe mit dem Zwischengefäss verbindet,
ein diesem Speiserohr benachbartes Rücklaufrohr vorgesehen ist, das einerseits in den unteren Teil des Zwischenge- fässes und andererseits in den Behälter mündet.
Das geschmolzene Metall wird mittels der Pumpe in ständigem Umlauf durch das Speiserohr und das Rücklaufrohr gehalten. Die Temperatur innerhalb dieses Umlaufweges gleicht sich dadurch weitgehend aus. Um die Temperatur des Metalls in den beiden Rohren noch genauer gleich zu halten, können die beiden Rohre gut wärmeleitend miteinander verbun den sein. Hierzu können die Rohre von einem ge meinsamen Mantel umschlossen sein.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung und weiterer Ausgestaltung derselben dient eine Zeich nung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt.
Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch eine Vorrich tung zur automatischen, dosierten Abgabe schmelz flüssiger Metalle aus einem Tiegel.
Fig. 2 stellt das in Fig. 1 gezeichnete Zwischen- gefäss 7 in vergrössertem Massstab mitsamt einer mit radioaktiven Strahlen arbeitenden Füllstandsmessein- richtung dar.
In Fig. 3a, <I>b</I> und c sind drei mögliche Ausfüh rungsformen für das von einem gemeinsamen Mantel umschlossene Speise- und Rücklaufrohr im Quer schnitt gezeigt.
Fig. 4 zeigt ein vor der Ansaugöffnung der Pumpe angeordnetes Schutzblech 11, das die Aufgabe hat, Verunreinigungen, wie Schlacke, Schlamm und dgl. von der Ansaugöffnung der Pumpe fernzuhalten.
Aus den Zeichnungen, insbesondere aus Fig.1, ist ersichtlich, dass gemäss der Erfindung in einem die Schmelze 2 enthaltenden Tiegel bzw. einem Warm halte- oder Schmelzofen 1 die ventillose Förderpumpe 3 angeordnet ist. Sie wird durch einen geeigneten Motor 5 über die Welle 4 angetrieben. Ausserhalb des Tiegels 1 und oberhalb seines Badniveaus ist ein Zwischengefäss 7 angeordnet, das mit dem Tiegel 1 durch ein Doppelrohr, bestehend aus einem Speise rohr 6 und dem Rücklaufrohr 8 leicht auswechsel bar verbunden ist.
Das Zwischengefäss 7 ist mit einer an sich bekannten Füllstand-Messeinrichtung 12, 13 versehen. Der Auslaufstutzen 10 dient zum Vergies- sen der Schmelze über eine Giessrinne 15, z. B. in eine Giessform 16. Durch den Rohrstutzen 9 kann Schutzgas in den über der Schmelze des Gefässes 7 befindlichen Raum eingeleitet werden.
Der Flüssigkeitsstand in dem Zwischengefäss 14 wird bei dem ständigen Umlauf der Metallschmelze einerseits durch die Drehzahl und damit die Förder- höhe der Pumpe und andererseits durch die Höhe des Badspiegels im Behälter 1 bestimmt.
Um eine konstante Höhe des Badspiegels im Zwi- schengefäss zu erzielen, kann erfindungsgemäss eine Regeleinrichtung vorgesehen werden, die aus einer Füllstandsmesseinrichtung und einer von dieser ge steuerten Vorrichtung zur Beeinflussung der Dreh zahl des Antriebsmotors 5 der Pumpe 3 besteht.
Zur Messung des Füllstandes im Zwischengefäss 7 kann in an sich bekannter Weise eine radioaktive Strah lenquelle 12 und ein auf radioaktive Strahlen anspre chender Empfänger 13 dienen, wobei die vom Füll stand abhängige Durchlässigkeit des Zwischengefäs- ses für radioaktive Strahlen zur Ermittlung des Füll standes ausgenutzt ist.
Durch eine solche Regeleinrichtung kann der Flüssigkeitsspiegel im Zwischengefäss z. B. auf der Höhe x (Fig. 2) unterhalb des Ausgussstutzens 10 konstant gehalten werden. Es sei erwähnt, dass an der Zeichnung die Strahlenquelle 12 und der Empfänger 13 nur rein schematisch, d. h. ohne eine Aussage über die wirkliche Anordnung dieser Teile angedeutet ist.
In einem Giessvorgang ist dann die Drehzahl der Pumpe bzw. des Pumpenmotors 5 um einen durch Er fahrung festgestellten konstanten Betrag zu erhöhen, durch den der Flüssigkeitsspiegel über den Ausguss- stutzen z. B. auf den Wert y erhöht wird.
Bei Verwendung eines Druckluftmotors zum An trieb der Pumpe kann dies beispielsweise dadurch ge schehen, dass zu der durch die Regeleinrichtung ein gestellten Druckluftzufuhr dem Motor z. B. durch Öffnung eines entsprechenden Ventiles zusätzlich Druckluft zugeführt wird. Bei anderen Antrieben der Pumpe können sinngemäss entsprechende Mittel an gewendet werden. Insbesondere bei Giessvorgängen, die nur eine kurze Zeit in Anspruch nehmen, kann die zusätzliche Erhöhung der Drehzahl bzw. die Be schleunigung des Pumpenmotors durch eine Schalt uhr auf eine vorbestimmte Dauer begrenzt werden.
Eine andere Möglichkeit zur selbsttätigen Durch führung eines Giessvorganges besteht erfindungsge- mäss darin, dass die Füllstand-Regeleinrichtung so eingerichtet wird, dass der Regelungssollwert X sprunghaft verändert, z. B. zur Einleitung des Giess- vorganges von dem Wert x auf den Wert y erhöht und zur Beendigung des Giessvorganges wieder auf den Wert y abgesenkt werden kann.
Dies kann z. B. in der Weise erreicht werden, dass zwei unabhängig voneinander einstellbare Füllstand- Messeinrichtungen, etwa zwei Strahlungsquellen 12 mit je einem Empfänger 13 vorgesehen werden. Die zum Giessen dienenden sprunghaften Änderungen des Füllstand-Sollwertes können dann durch Um schaltung von der einen auf die andere Füllstand- Messeinrichtung erfolgen. Auch in diesem Fall kann die Einschaltung des Sollwertes x zur Beendigung eines Giessvorganges durch eine Schaltuhr erfolgen,
die gleichzeitig mit der Einschaltung des oberen Soll wertes y beim Eintreffen einer Giessform 16 unter den Ausgussstutzen 10 bzw. einer unter diesem Stut zen angeordneten Giessrinne 15 in Lauf gesetzt wurde.
Unter Umständen ist es auch möglich, die Been digung eines Giessvorganges abhängig von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in der Eingussöffnung der Giessform etwa mit Hilfe einer Fotozellenanordnung einzuleiten. Durch die Anordnung nach der Erfindung wird erreicht, dass zufolge der durch die Förderpumpe 3 bewirkten Umwälzung der Schmelze das Speiserohr 6 und das Rücklaufrohr 8 stets mit Schmelze von Nenntemperatur gefüllt sind. Das Speiserohr 6, das Rücklaufrohr 8 und das Zwischengefäss 7 können zur Vermeidung von Temperaturverlusten mit einer Wärmeisolation 14 versehen sein.
Unabhängig vom Badstand im Tiegel 1 behält die Schmelze im Zwischengefäss 7 stets die gleiche Ni veauhöhe, wodurch die Ausgangshöhe für den Beginn des Giessvorganges stets die gleiche bleibt.
Das mittels der Pumpe 3 kontinuierlich durchge führte Umwälzen der Schmelze zwischen dem Tiegel 1 und dem Zwischengefäss 7 durch das Speiserohr 6 und das Rücklaufrohr 8 wirkt sich ausserordentlich vorteilhaft dadurch aus, dass sowohl die Rohrbehei- zung entfallen kann, als dass auch in den stets mit Schmelze gefüllten Rohrleitungen keine Oxydbildung, die zu Verschmutzungen und schliesslich zu Verstop fungen führt, stattfinden kann;
ferner wird durch das ständige Umwälzen der Schmelze auch die Bildung eines Temperaturgefälles innerhalb der Rohre 6 und 8 und in dem Tiegel 1 weitgehend verhütet, was sich auf die Qualität der Gussstücke günstig auswirkt. Weil bei diesem Verfahren die Pumpe ständig durch läuft, wird auch die Gefahr einer Verstopfung inner halb des Pumpengehäuses wesentlich herabgesetzt. Auch ist es sehr vorteilhaft, dass die Drehzahlerhö hung der Pumpe, die zur Einleitung des Giessvorgan- ges erforderlich ist, nur eine verhältnismässig geringe, zu sein braucht.
Beachtlich ist ferner der geringe Schutzgasverbrauch, da nur der Raum über der Schmelze im Zwischengefäss 7 leicht begast werden muss. Besonders vorteilhaft ist die leichte Auswech selbarkeit des als Doppelrohr ausgebildeten Steigroh res 6 und Rücklaufrohres 8, da diese Rohre leicht lösbar mit dem Pumpengehäuse einerseits und dem Zwischengefäss andererseits verbunden sind. Von grösster Bedeutung ist jedoch die genaue Dosierung der Schmelze. Diese erfolgt unabhängig von dem Badstand im Tiegel 1, wie schon beschrieben wurde.
Die Erfindung ist nicht an das beschriebene Aus führungsbeispiel gebunden, sondern kann in man cherlei Hinsicht abgewandelt werden. So kann z. B. die Pumpe anders ausgeführt und angeordnet sein. Ebenso kann statt einer auf der Ausnutzung radioak tiver Strahlung beruhender Füllstands-Messeinrich- tung auch eine andere, diesem Zweck dienende An ordnung Verwendung finden.
Device for the metered delivery of molten metals from a container The invention relates to a device for the metered delivery of molten metals, in particular those with a medium melting temperature such as aluminum, magnesium and zinc and their alloys, which come from a container, in particular a holding or melting furnace in an intermediate vessel can be promoted.
It is known, when operating cold chamber die casting machines, to scoop the molten metal from a crucible or holding or melting furnace into the cold chamber before casting is started. Machines for the automatic scooping of the metal have already been developed in order to save scooping by hand. Furthermore, devices have become known in which the molten metal is removed from a crucible by means of pressurized gas, negative pressure or special pumps.
However, all of these facilities adhere to the operational process inhibiting and the quality of the end product reducing factors based on oxide formation in the delivery pipe, increased susceptibility of the valves in the weld pool, the need for pipe heating, etc. are based.
Oxide formation in the conveying pipe is explained by the fact that between the individual conveying processes, when the bath level in the conveying pipe sinks, air oxygen can enter the pipe, which results in oxide formation and thus contamination of the metal to be cast and thus rejects.
To avoid this formation of oxide in the delivery pipe, it has already been proposed to keep the pipe filled with liquid metal between the individual delivery processes. However, this is only possible if the pipe is heated and z. B. is completed by valves that are located within the bath. Experience has shown, however, that it is extremely difficult to keep such valves operational for a long period of time, especially when it comes to higher temperatures and aggressive melts.
The pipe heating is absolutely necessary if the pipe has to remain filled with static melt between the conveying processes, or if the pipe is only filled intermittently.
A measuring device is necessary for the precise metering of the amount of melt to be cast, as required for each casting process. Such known devices are, as experience has shown, too complicated for practice because they are prone to failure and also uneconomical, especially when additional valves inside the melt and heating of the delivery pipe is unavoidable.
Another disadvantage of these previously known devices for the automatic metered dispensing of molten metals can also be seen in the fact that a temperature gradient develops in an insufficiently agitated bath, for example between the heated crucible wall and the center of the crucible, or even if the melt remains in the delivery pipe for different lengths of time.
The invention avoids these disadvantages. For this purpose, the device is for the dosed delivery of molten metals, especially those with a medium melting temperature such as aluminum, magnesium, zinc and their alloys, which come from a container, especially a holding or melting furnace, through a feed pipe into a tank above the level of the tank arranged intermediate vessel with pouring spout are conveyed by means of a pump arranged in the container, designed in such a way that, in addition to the feed pipe that connects the valveless pump with the intermediate vessel,
a return pipe is provided adjacent to this feed pipe, which on the one hand opens into the lower part of the intermediate vessel and on the other hand into the container.
The molten metal is kept in constant circulation through the feed pipe and the return pipe by means of the pump. The temperature within this circulation path is thus largely equalized. In order to keep the temperature of the metal in the two tubes even more exactly the same, the two tubes can be connected to one another with good thermal conductivity. For this purpose, the pipes can be enclosed by a common jacket.
For a more detailed explanation of the invention and further development thereof, a drawing is used which represents an embodiment.
Fig. 1 is a vertical section through a device for the automatic, metered dispensing of molten metal from a crucible.
FIG. 2 shows the intermediate vessel 7 shown in FIG. 1 on an enlarged scale together with a level measuring device operating with radioactive rays.
In Fig. 3a, <I> b </I> and c three possible Ausfüh approximate forms for the feed and return pipe enclosed by a common jacket are shown in cross section.
4 shows a protective plate 11, which is arranged in front of the suction opening of the pump and which has the task of keeping contaminants such as slag, sludge and the like away from the suction opening of the pump.
From the drawings, in particular from FIG. 1, it can be seen that, according to the invention, the valveless feed pump 3 is arranged in a crucible containing the melt 2 or in a holding or melting furnace 1. It is driven by a suitable motor 5 via the shaft 4. Outside the crucible 1 and above its bath level, an intermediate vessel 7 is arranged, which is connected to the crucible 1 by a double tube consisting of a feed tube 6 and the return pipe 8 easily exchangeable bar.
The intermediate vessel 7 is provided with a level measuring device 12, 13 known per se. The outlet nozzle 10 serves to pour the melt via a pouring channel 15, e.g. B. in a mold 16. Through the pipe socket 9, protective gas can be introduced into the space located above the melt of the vessel 7.
The liquid level in the intermediate vessel 14 is determined with the constant circulation of the molten metal on the one hand by the speed and thus the delivery head of the pump and on the other hand by the height of the bath level in the container 1.
In order to achieve a constant level of the bath level in the intermediate vessel, a control device can be provided according to the invention which consists of a level measuring device and a device controlled by this for influencing the speed of the drive motor 5 of the pump 3.
To measure the level in the intermediate vessel 7, a radioactive radiation source 12 and a radioactive radiation-responsive receiver 13 can be used in a manner known per se, whereby the level-dependent permeability of the intermediate vessel for radioactive rays is used to determine the level .
By means of such a control device, the liquid level in the intermediate vessel, for. B. at the level x (Fig. 2) below the pouring spout 10 are kept constant. It should be mentioned that in the drawing the radiation source 12 and the receiver 13 are only purely schematic, i. H. is indicated without a statement about the real arrangement of these parts.
In a pouring process, the speed of the pump or the pump motor 5 is then to be increased by a constant amount determined by experience, by which the liquid level over the pouring spout z. B. is increased to the value y.
When using a compressed air motor to drive the pump, this can happen, for example, ge that to the compressed air supply set by the control device, the motor z. B. compressed air is additionally supplied by opening a corresponding valve. Appropriate means can be used analogously for other pump drives. Particularly in the case of casting processes that only take a short time to complete, the additional increase in speed or the acceleration of the pump motor can be limited to a predetermined duration by a switching clock.
According to the invention, another possibility for the automatic implementation of a pouring process consists in setting up the level control device in such a way that the control setpoint X changes abruptly, e.g. B. to initiate the casting process can be increased from the value x to the value y and can be lowered again to the value y at the end of the casting process.
This can e.g. B. can be achieved in such a way that two independently adjustable level measuring devices, such as two radiation sources 12, each with a receiver 13 are provided. The sudden changes in the target level value which are used for casting can then take place by switching over from one level measuring device to the other. In this case, too, the setpoint x can be switched on to end a pouring process using a timer,
which was set in motion simultaneously with the activation of the upper set value y when a casting mold 16 arrived under the pouring spout 10 or a pouring channel 15 arranged under this spout.
Under certain circumstances it is also possible to initiate the completion of a pouring process depending on the height of the liquid level in the pouring opening of the casting mold, for example with the help of a photocell arrangement. The arrangement according to the invention ensures that, due to the circulation of the melt caused by the feed pump 3, the feed pipe 6 and the return pipe 8 are always filled with melt at the nominal temperature. The feed pipe 6, the return pipe 8 and the intermediate vessel 7 can be provided with thermal insulation 14 to avoid temperature losses.
Regardless of the level of the bath in the crucible 1, the melt in the intermediate vessel 7 always retains the same level, so that the starting height for the start of the pouring process always remains the same.
The circulation of the melt continuously carried out by means of the pump 3 between the crucible 1 and the intermediate vessel 7 through the feed pipe 6 and the return pipe 8 has an extremely advantageous effect in that both the pipe heating can be omitted and also in the always with In melt-filled pipelines, no oxide formation, which leads to contamination and ultimately to blockages, can take place;
Furthermore, the constant circulation of the melt also largely prevents the formation of a temperature gradient within the tubes 6 and 8 and in the crucible 1, which has a favorable effect on the quality of the castings. Because the pump runs continuously in this process, the risk of clogging within the pump housing is significantly reduced. It is also very advantageous that the speed increase of the pump, which is required to initiate the pouring process, only needs to be a relatively small one.
The low consumption of protective gas is also noteworthy, since only the space above the melt in the intermediate vessel 7 has to be lightly gassed. Particularly advantageous is the easy interchangeability of the double-pipe riser 6 and return pipe 8, since these pipes are easily detachably connected to the pump housing on the one hand and the intermediate vessel on the other. However, the exact dosage of the melt is of the greatest importance. This takes place independently of the level of the bath in crucible 1, as has already been described.
The invention is not bound to the exemplary embodiment described, but can be modified in some ways. So z. B. the pump can be designed and arranged differently. Likewise, instead of a level measuring device based on the utilization of radioactive radiation, another arrangement serving this purpose can also be used.