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Die
Erfindung betrifft einen Speiser sowie dessen Verwendung für
den Metallguss.
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Bei
der Herstellung von Gussstücken in der Gießerei
wird zunächst aus Sand eine Gießform aufgebaut,
die einen Formhohlraum umfasst, welcher im Wesentlichen der Negativform
des Gussstücks entspricht. In den Formhohlraum wird flüssiges
Metall eingefüllt, welches dann zu einem Gussstück
der gewünschten Form erstarrt. Beim Erstarren verringert sich
jedoch das Volumen des eingefüllten flüssigen Metalls.
Um das Volumendefizit beim Erstarren des Metalls auszugleichen und
eine Lunkerbildung im Gussstück zu verhindern, werden daher
an gefährdeten Teilen des Gussstücks bzw. der
Gießform so genannte Speiser eingesetzt. Diese Speiser
werden meist seitlich oder oberhalb des Formhohlraums angeordnet.
Die Speiser umfassen offene oder geschlossene Ausgleichshohlräume,
die über eine Ausgleichsöffnung, über
welche der Ausgleichshohlraum nach Außen geöffnet
ist, mit dem Formhohlraum der Gießform verbunden sind.
Der Ausgleichshohlraum des Speisers wird beim Einfüllen
des flüssigen Metalls in die Gießform zunächst
gefüllt. Erstarrt das flüssige Metall in der Gießform,
strömt das Metall aus dem Ausgleichshohlraum des Spei sers
zurück in den Formhohlraum der Gießform, wodurch
die Volumenabnahme des Metalls ausgeglichen wird. Dazu muss das
Metall im Speiser jedoch später erstarren, als das Metall
in der Gießform. Speiser werden daher meist aus einem isolierenden
oder exothermen Material angefertigt.
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Nachdem
das Metall erstarrt ist, wird die Gießform zur Entnahme
des Gusstücks zerstört. Der dabei anfallende Sand
wird gereinigt, um dann wieder verwendet zu werden. Dazu wird der
Sand gesiebt, um größere Agglomerate, die beispielsweise aus
verbrauchten Speisern oder Zuführungsteilen entstanden
sind, zu entfernen. Ggf. wird der Sand noch gewaschen, um beispielsweise
Reste von Bindemittel zu entfernen.
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Im
Stand der Technik sind zahlreiche Speiser bekannt. Beispielsweise
beschreibt die
DE
196 42 838 A1 einen Speiser für ein metallisches
Gussstück in der Form einer Glocke mit einem eingezogenen Glockenrand,
der von einem aufgesetzten flachen Ringteil gebildet wird.
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In
der
DE 101 42 357
A1 wird ein Speisersystem für ein Gussstück
mit einem Speiser bzw. Speiserkopf und einem rohrähnlichen
Körper vorgeschlagen, wobei der rohrähnliche Körper
den Speiser bzw. Speiserkopf direkt oder indirekt mit dem Gussstück bzw.
dem Formhohlkörper verbindet und zur Ausbildung einer Brechkante
beiträgt. Der rohrähnliche Körper ist
dabei bevorzugt zylindrisch ausgebildet. Zu seinem dem Gussstück
zugewandten Ende verjüngt sich der rohrähnliche
Körper, so dass eine Brechkante ausgebildet wird.
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Um
ein Nachströmen des flüssigen Metalls in den Formhohlraum
der Gießform zu gewährleisten, sind die Speiser
aus einem isolierenden oder exothermen Material angefertigt. Die
Speiser sollten dabei so aufgebaut sein, dass eine möglichst
geringe Wärmeabstrahlung nach Außen erfolgt, um
ein vorzeitiges Erstarren des Metalls im Ausgleichshohlraum zu verhindern.
Ferner sollten die Speiser keine oder nur geringe Mengen an giftigen
oder reizenden Stoffe enthalten, um zum Einen eine unproblematische
Handhabung der Speiser und zum Anderen eine möglichst einfache
Wiederaufarbeitung des Sandes der Gießform nach dem Gießen
zu ermöglichen. Schließlich sollten die Speiser
noch möglichst leicht und klein sein, um beispielsweise
einen einfachen Transport und eine möglichst einfache Montage zu
gewährleisten.
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Der
Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Speiser zur Verfügung
zu stellen, der eine hohe Isolationswirkung aufweist sowie ein geringes Gewicht,
um eine einfachere Handhabung zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Speiser für den Metallguss mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Speisers sind Gegenstand der
abhängigen Patentansprüche.
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Beim
erfindungsgemäßen Speiser ist im Volumen des Speiserkopfes
zumindest ein Isolationshohlraum vorgesehen, der um den Umfang des
Ausgleichshohlraums des Speisers angeordnet ist. Durch den zumindest
einen Isolationshohlraum wird der Ausgleichshohlraum zusätzlich
gegen Wärmeabstrahlung isoliert, sodass das Erstarren des
flüssigen Metalls im Ausgleichshohlraum deutlich verzögert wird.
Aus dem Ausgleichshohlraum des Speisers kann daher auch nach dem
Erstarren des Metalls im Formhohlraum der Gießform flüssiges
Metall nachfließen, sodass Fehlstellen im Gussstück
vermieden werden können. Der zumindest eine Isolationshohlraum
ist mit Luft gefüllt und weist daher eine sehr hohe Isolierwirkung
auf. Als weiterer Vorteil wird durch den Isolationsraum bei gleicher
Isolierwirkung im Vergleich zu herkömmlichen Speisern eine
Materialeinsparung erreicht. Der erfindungsgemäße
Speiser ist daher im Vergleich zu herkömmlichen Speisern
leichter und damit einfacher zu handhaben bzw. zu transportieren.
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Erfindungsgemäß wird
daher ein Speiser für den Metallguss zur Verfügung
gestellt, mit einem Speiserkopf, welcher einen Ausgleichshohlraum
umschließt, der über zumindest eine Ausgleichsöffnung nach
Außen geöffnet ist. Der Speiserkopf weist in seinem
Volumen zumindest einen Isolationshohlraum auf, der um den Umfang
des Ausgleichshohlraums angeordnet ist.
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Der
Ausgleichshohlraum dient wie bei herkömmlichen Speisern
dazu, zunächst flüssiges Metall aufzunehmen, das
in den Formhohlraum der Gießform eingefüllt wird
und über die Ausgleichsöffnung in den Ausgleichshohlraum
gelangt. Beim Erstarren des Metalls in der Gießform wird
aus dem Ausgleichshohlraum des Speisers über die Ausgleichsöffnung
wieder flüssiges Metall abgegeben, um den beim Erstarren
des Metalls auftretenden Volumenverlust auszugleichen.
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Der
erfindungsgemäße Speiser umfasst wie bei herkömmlichen
Speisern einen Speiserkopf, in welchem der Ausgleichshohlraum angeordnet
ist. Der Speiser kann dabei allein aus dem Speiserkopf gebildet
sein. Es ist aber auch möglich, den Speiserkopf mit üblichen
Vorrichtungen zu ergänzen, beispielsweise einem Brechkern.
So ist es beispielsweise auch möglich, einen rohrförmigen
Körper vorzusehen, der in die Ausgleichsöffnung
des Speiserkopfes eingesetzt wird und die Verbindung zwischen Ausgleichshohlraum
des Speiserkopfes und Formhohlraum der Gießform herzustellt.
Dieser rohrförmige Körper kann fest oder auch
bevorzugt verschiebbar in der Ausgleichsöffnung eingesetzt
sein. Der rohrförmige Körper kann aus üblichen
Materialien hergestellt sein, wie Karton, Kunststoff, keramischen
Materialien, Holz, Blech, usw., wobei Eisenblech, vorzugsweise mit
einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,7% sowie Pappe besonders
bevorzugt ist.
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Neben
dem Ausgleichshohlraum ist im Speiserkopf zumindest ein Isolationshohlraum
vorgesehen, welcher den Ausgleichshohlraum umgibt. Der zumindest
eine Isolationshohlraum kann lediglich einen Teil der Umfangfläche
des Ausgleichshohlraums überspannen. Bevorzugt umläuft
der Isolationsraum den Ausgleichshohlraum um dessen gesamten Umfang.
Es können mehrere Isolationshohlräume vorgesehen
sein, beispielsweise indem der Isolationshohlraum aus mehreren von
einander getrennten Kammern aufgebaut ist. Der zumindest eine Isolationshohlraum
ist sowohl zum Ausgleichshohlraum als auch zur Außenfläche
des Speiserkopfs beabstandet angeordnet. Zwischen Ausgleichshohlraum
und Isolationshohlraum sowie Isolationshohlraum und Umgebung des
Speiserkopfes ist also jeweils eine Wand aus dem Material des Speiserkopfes
angeordnet. Die Wandstärke wird dabei so gewählt,
dass der Speiserkopf eine ausreichende Stabilität erhält.
Sie ist daher abhängig von der Größe
des Speiserkopfes sowie dem zur Herstellung des Speisers verwendeten
Materials. Bevorzugt wird die Wandstärke der Wand zwischen
dem Ausgleichshohlraum und dem Isolationshohlraum bzw. zwischen
dem Isolationshohlraum und der Umgebung des Speiserkopfes zwischen
2 und 40 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 5 und 20 mm gewählt.
Die Ausdehnung des Isolationshohlraums in Richtung der Längsachse
des Speiserkopfes entspricht vorzugsweise in etwa der Längsausdehnung
des Ausgleichshohlraumes, sodass sich keine Wärmeleitbrücken
ausbilden, die zu einer vorzeitigen Abkühlung bzw. Erstarrung
des im Ausgleichshohlraum befindlichen flüssigen Metalls
führen können. Der Ausgleichshohlraum kann sich
jedoch in Richtung der Längsachse des Speiserkopfes auch
nur über einen Teil der Längsausdehnung des Ausgleichshohlraums
erstrecken. Dabei ist bevorzugt, dass sich der zumindest eine Isolierhohlraum über
zumindest den Abschnitt des Ausgleichshohlraums erstreckt, welcher
beim Gießen mit flüssigem Metall gefüllt
wird. Bevorzugt erstreckt sich der zumindest eine Isolierhohlraum über
die gesamte Längsausdehnung des Ausgleichshohlraums. Der zumindest
eine Isolierhohlraum kann auch den unteren bzw. oberen Abschluss
des Ausgleichshohlraums umgreifen. Als unterer Abschluss wird die
Seite des Ausgleichshohlraums be zeichnet, an welcher die Ausgleichsöffnung
vorgesehen ist, während als oberer Abschluss die der Ausgleichsöffnung
gegenüber liegende Seite des Ausgleichshohlraums bezeichnet
wird. Die Stärke des Isolationshohlraumes, also seine Ausdehnung
senkrecht zur Längsachse des Speiserkopfes, wird so groß gewählt,
dass eine möglichst hohe Isolationswirkung erzielt wird.
Die Stärke des Isolationshohlraums wird andererseits durch
die Anforderung begrenzt, dass der Speiserkopf eine ausreichende
mechanische Stabilität aufweisen sowie ohne Probleme handhabbar
sein sollte. Bevorzugt wird daher die Ausdehnung des Isolationsraumes
senkrecht zur Längsachse des Speiserkopfes zwischen 2 mm
und 40 mm, vorzugsweise 5 mm und 10 mm gewählt.
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Die
Isolierwirkung des Isolationsraumes ist besonders hoch, wenn die
in diesem enthaltene Luft in möglichst geringem Umfang
ausgetauscht wird. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass der Isolationshohlraum
gegenüber der Umgebung räumlich abgeschlossen
ist. Räumlich abgeschlossen bedeutet dabei, dass der Isolationshohlraum
von einer durchgehenden Wand umgeben ist. Diese Wand muss jedoch
nicht notwendigerweise gasdicht sein. Beispielsweise kann die Wand
aus einem porösen Material aufgebaut sein, dass einen gewissen
Gasaustausch mit der Umgebung ermöglicht. Der Gasaustausch
sollte jedoch bevorzugt nur in solch einem Umfang möglich
sein, dass die Isolationswirkung des Isolationshohlraums erhalten
bleibt. Der zumindest eine Isolationshohlraum sollte bevorzugt so
weit räumlich abgeschlossen sein, dass beispielsweise bei
der Herstellung der Gießform kein Formsand in den Isolationshohlraum
eindringen kann. Insbesondere bevorzugt ist vorgesehen, dass keine
Verbindung zwischen Ausgleichshohlraum und Isolationshohlraum vorgesehen
ist, sodass beim Einfüllen des flüssigen Metalls
in den Formhohlraum der Gießform kein Metall in den Isolationshohlraum
eindringen kann und dort verloren geht bzw. die Isolationswirkung
aufhebt.
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Der
Isolationsraum ist bevorzugt nicht hermetisch, d. h. gasdicht, gegenüber
der Umgebung abgeschlossen. Eine gasdichte Ausführung des
Isolationshohlraums würde ggf. erfordern, dass im Isolationshohlraum
ein Unterdruck eingestellt wird, um die Ausdehnung des Gases im
Isolationshohlraum bei Temperaturänderungen abzufangen.
Dies ist aus Kostengründen jedoch technisch nur schwierig
zu verwirklichen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass in geringem Umfang
ein Gasaustausch zwischen dem Isolationshohlraum und der Umgebung
des Speisers möglich ist. Beim Einströmen des
flüssigen Metalls in den Ausgleichshohlraum erwärmt
sich auch die Luft im Isolationshohlraum und dehnt sich dadurch
aus. Um zu gewährleisten, dass sich im Isolationshohlraum
kein Überdruck aufbaut, welcher letztlich bewirken kann,
dass der Speiserkopf birst und zerstört wird, sind daher
vorzugsweise zwischen Isolationshohlraum und Umgebung Ausgleichsöffnungen
vorgesehen. Die Ausgleichsöffnungen weisen dabei bevorzugt
einen kleinen Durchmesser auf, um beispielsweise einen größeren
Wärmeverlust durch Konvektion zu verhindern. Die Ausgleichsöffnungen weisen
bevorzugt einen Durchmesser von weniger als 5 mm, besonders bevorzugt
weniger als 3 mm, insbesondere bevorzugt weniger als 1 mm auf.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass die Ausgleichsöffnungen bereitgestellt
werden, indem der Speiser zumindest in einem zwischen Isolationshohlraum
und Umgebung des Speiserkopfes angeordneten Abschnitt aus einem
porösen Material aufgebaut ist, sodass die Luft beim Erwärmen
aus dem Isolationshohlraum nach Außen entweichen kann.
Dazu kann der Speiserkopf beispielsweise, ganz oder teilweise, aus
Sand hergestellt sein, wobei die Sandkörner dergestalt
mit einem Bindemittel, beispielsweise Wasserglas oder einem organischen
Polymer, verbunden werden, dass eine ausreichende Porosität erreicht
wird, um einen Gasdurchtritt durch die Speiserwand zu ermöglichen.
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Um
beim Gießvorgang zunächst ein Eindringen des flüssigen
Metalls in den Ausgleichshohlraum und beim Erstarren des flüssigen
Metalls im Formhohlraum der Gießform ein Abfließen
des flüssigen Metalls aus dem Ausgleichshohlraum in den
Formhohlraum zuverlässig zu ermöglichen, ist bei
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Speiserkopfes vorgesehen, dass zumindest eine Belüftungsöffnung
vorgesehen ist, mit welcher der Ausgleichshohlraum mit der Umgebung
des Speiserkopfes verbunden ist. Die Belüftungsöffnung
ist bevorzugt am oberen Ende des Ausgleichshohlraums angeordnet,
also auf der der Ausgleichsöffnung gegenüber liegenden
Seite. Beim Einströmen in den Ausgleichshohlraum kann das
flüssige Metall die Luft dann problemlos verdrängen,
sodass der Ausgleichshohlraum zuverlässig mit flüssigem
Metall gefüllt wird. Beim Ausströmen des Metalls
kann die Luft ohne Behinderung wieder in den Ausgleichshohlraum
nachströmen, sodass eine gleichmäßige
Speisung des Formhohlraums erfolgt. Die Dimensionierung der Belüftungsöffnung
ist beispielsweise abhängig vom Volumen des Ausgleichshohlraums
oder der Geschwindigkeit, mit welcher das flüssige Metall
in den bzw. aus dem Ausgleichshohlraum ein- bzw. ausfließt.
Die zumindest eine Belüftungsöffnung sollte möglichst
klein sein, um den Wärmeverlust klein zu halten. Andererseits
sollte die zumindest eine Belüftungsöffnung ausreichend
groß sein, um ein ungehindertes Einströmen bzw.
Abfließen des flüssigen Metalls in den bzw. aus
dem Ausgleichshohlraum zu ermöglichen. Auf eine Belüftungsöffnung
kann verzichtet werden, wenn der Speiserkopf aus einem ausreichend
porösen Material besteht. Die Gasdurchlässigkeit
des Materials des Speiserkopfes muss dann größer
sein als die Gasdurchlässigkeit des Materials der Gießform.
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Der
erfindungsgemäße Speiserkopf kann beispielsweise
hergestellt werden, indem bei der Produktion der Isolationsraum
z. B. zunächst mit einem verlorenen Material, wie Polystyrolschaum, Pappe
oder Papier definiert wird, um welchen dann das Material des Speiserkopfes,
beispielsweise ein mit einem Bindemittel vermischter Sand, angeordnet wird.
Nach dem Aushärten kann das verlorene Material dann entfernt
werden, beispielsweise durch Erhitzen auf hohe Temperatur bei Luftzutritt.
Die Entfernung des verlorenen Materials kann in einem separaten
Herstellungsschritt erfolgen oder auch erst nachdem der Speiser
bereits an der Gießform angebracht ist unter der Hitzeentwicklung
des flüssigen Metalls.
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Der
erfindungsgemäße Speiserkopf sollte sich möglichst
einfach und kostengünstig herstellen lassen. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass
der Speiser zumindest zweiteilig aufgebaut ist, mit einer äußeren
Kappe und einer in der äußeren Kappe angeordneten
inneren Kappe, wobei der Isolationshohlraum zwischen innerer und äußerer
Kappe angeordnet ist.
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Innere
bzw. äußere Kappe umfassen eine umlaufende Wand,
welche bei der inneren Kappe den Ausgleichshohlraum begrenzt bzw.
bei der äußeren Kappe die Außenwand des
Speiserkopfes bildet. Die Kappen werden zu einem Ende hin von einem Deckel
abgeschlossen. Der Deckel kann geschlossen sein oder auch eine oder
mehrere Öffnungen, z. B. eine oben beschriebene Belüftungsöffnung
aufweisen. Innere und äußere Kappe werden so ineinander
angeordnet, dass zwischen ihnen ein Spalt entsteht, der den Isolationsraum
bildet. Dazu können zwischen innerer und äußerer
Kappe beispielsweise Distanzelemente vorgesehen werden, welche einen Abstand
zwischen der Innenfläche der äußeren
Kappe und der Außenfläche der inneren Kappe herstellen.
Es ist aber auch möglich, dass der Innendurchmesser der äußeren
Kappe größer gewählt ist als der Außendurchmesser
der inneren Kappe und die Außenfläche des Deckels
der inneren Kappe an der Innenfläche des Deckels der äußeren
Kappe zur Anlage gelangt, sodass zwischen innerer und äußerer Kappe
ein umlaufender Spalt gebildet wird.
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Innere
und äußere Kappe werden aus für Speiser üblichen
Materialien hergestellt. Innere und äußere Kappe
können aus dem gleichen Material hergestellt sein. Es ist
aber auch möglich, äußere und innere
Kappe aus verschiedenen Materialien herzustellen. Äußere
und innere Kappe können auf an sich beliebige Weise verbunden
werden. So können äußere und innere Kappe
beispielsweise ineinander gesteckt werden, sodass die innere Kappe
mit ihrer äußeren Deckelfläche auf der
Innenseite des Deckels der äußeren Kappe zur Anlage
gelangt. Die äußere Kappe wird im einfachsten
Fall durch die Schwerkraft auf der inneren Kappe gehalten. Bevorzugt
wird der Speiserkopf jedoch so zusammengesetzt, dass innere und äußere
Kappe fest miteinander verbunden sind. Dazu können äußere
und innere Kappe beispielsweise durch eine Klebeverbindung verbunden
werden, indem beispielsweise der Deckel der inneren Kappe am Deckel
der äußeren Kappe festgeklebt wird oder beispielsweise
am dem Deckel entgegengesetzten Ende der Kappe eine Klebeverbindung
zwischen innerer und äußerer Kappe hergestellt
wird. Ein mechanischer Zusammenhalt kann aber beispielsweise auch
dadurch erreicht werden, dass die innere Kappe in die äußere
Kappe eingepresst wird. Dazu kann beispielsweise der Außenumfang
des Deckels der inneren Kappe geringfügig größer
gewählt werden als der Innendurchmesser des Deckels der äußeren
Kappe. Werden äußere und innere Kappe ineinander
gesteckt, kann sich die innere Kappe mit ihrem Deckel in der äußeren
Kappe verklemmen.
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Um
einen einfachen Zusammenbau des Speisers zu ermöglichen
ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass
die innere Kappe eine Zentriervorrichtung und die äußere
Kappe eine der Zentriervorrichtung entsprechende Zentrieraufnahme
für die Zentriervorrichtung aufweist. Beim Zusammenbau
kann dann die Zentriervorrichtung in die Zentrieraufnahme eingreifen,
sodass die relative Position von äußerer und innerer
Kappe zwangsläufig festgelegt ist. Die Zentriervorrichtung
in der inneren Kappe kann beispielsweise ein Zapfen oder Dorn sein
und die Zentrieraufnahme in der äußeren Kappe kann
beispielsweise eine Öffnung oder eine Vertiefung sein,
in welche der Zapfen oder Dorn eingesteckt wird. Die Ausgestaltung
von Zentriervorrichtung und Zentrieraufnahme kann spiegelbildlich
ausgetauscht werden, d. h. der Zapfen bzw. Dorn kann auch die Zentrieraufnahme
bilden und die Öffnung bzw. Vertiefung die Zentriervorrichtung.
Zentriervorrichtung und Zentrieraufnahme sind bevorzugt so angeordnet,
dass sie mit der Längsachse des Speiserkopfes fluchten.
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Es
ist besonders vorteilhaft, wenn äußere und innere
Kappe so ausgestaltet sind, dass sie sich nach dem Zusammenbau nicht
mehr gegeneinander verschieben können. In einer besonders
bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die innere Kappe
eine erste Anlagefläche und die äußere
Kappe eine auf die erste Anlagefläche abgestimmte zweite
Anlagefläche aufweist. Beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen
Speiserkopfes gelangt die erste Anlagefläche der inneren
Kappe an der zweiten Anlagefläche der äußeren
Kappe zur Anlage. Da die Anlageflächen in ihrer Gestalt
aufeinander abgestimmt sind, können sich innere und äußere
Kappe nicht mehr gegeneinander verschieben, sodass innere und äußere
Kappe gegeneinander fixiert sind. Die Anlageflächen können
bevorzugt als kreisrunde ebene Flächen ausgestaltet sein,
die beispielsweise in ihrem Radius aufeinander abgestimmt sind.
Dies ist insbesondere bevorzugt, wenn der erfindungsgemäße
Speiserkopf rotationssymmetrisch ausgeführt ist. Werden
die kreisrunden Flächen von einem erhabenen Rand umgeben,
der beispielsweise von den Seitenwänden der äußeren
bzw. inneren Kappe gebildet wird, wird die innere Kappe beim Einstecken
von selbst in der richtigen Position in der inneren Kappe angeordnet.
Die kreisrunden Flächen werden dabei von der Innenfläche
des Deckels der äußeren Kappe bzw. der Außenfläche
des Deckels der inneren Kappe gebildet. Äußere
und innere Kappe sind dann in Bezug auf die Längsachse
des Speiserkopfes gegeneinander fixiert und lassen sich, soweit
keine Gegenmaßnahme vorgesehen werden, wie eine Klebeverbindung,
lediglich rotationssymmetrisch gegeneinander verdrehen.
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Um
beim erfindungsgemäßen Speiserkopf eine hohe Isolierwirkung
zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn beim Einfüllen des
flüssigen Metalls in die Gießform und von dort
weiter in den Ausgleichshohlraum kein oder nur sehr geringe Mengen
flüssiges Metall in den Isolierhohlraum des Speiserkopfes
eindringt. Bevorzugt werden daher Maßnahmen getroffen,
durch welche der Isolierhohlraum zur Gießform bzw. zum
Ausgleichshohlraum hin abgeschlossen wird. Dies kann in einfacher
Weise beispielsweise erfolgen, indem das der Ausgleichsöffnung
des Ausgleichshohlraumes zugewandte Ende des Isolationshohlraumes
mit einem Klebstoff verschlossen wird, beispielsweise einem handelsüblichen
Kaltkleber, wie Wasserglas oder Aluminiumsilikat.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine die
Ausgleichsöffnung des Ausgleichshohlraums umfassende Ringplatte
vorgesehen ist. Die Ringplatte ist auf der Seite der Ausgleichsöffnung
am Speiserkopf befestigt, sodass sie zwischen Gießform
und Speiserkopf angeordnet ist. Durch die Ringplatte kann beispielsweise
der Isolierhohlraum zur Seite der Ausgleichsöffnung hin
verschlossen werden.
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Besonders
bevorzugt ist die Ringplatte als Brechkern ausgebildet, der nach
dem Freilegen des Gussstücks eine einfache Entfernung des
am Gusstück verbleibenden Speiserrestes ermöglicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die innere
Kappe an ihrem zur Ausgleichsöffnung des Ausgleichshohlraums
orientierten Ende eine Profilierung aufweist. Die Profilierung kann
beispielsweise in der Weise ausgebildet sein, dass jeweils Stege
um den inneren bzw. äußeren Rand der in Richtung
der Ausgleichsöffnung zeigenden Fläche der inneren
Kappe umlaufen. Durch die Profilierung kann beispielsweise eine
innige Ver bindung zur Gießform hergestellt werden, wenn
sich beim Verdichten des Materials der Gießform eine entsprechende
Profilierung in der Gießform ausbildet, die in die Profilierung
der inneren Kappe eingreift. Es ist aber auch möglich,
beispielsweise einen Brechkern vorzusehen, der auf die Seite des
Speiserkopfes aufgesetzt wird, welche der Seite der Ausgleichsöffnung
entspricht. Im Brechkern wird dann eine entsprechende Profilierung
vorgesehen, beispielsweise ein Paar Rillen, die auf die auf der
Unterseite der inneren Kappe vorgesehenen Stege abgestimmt sind, sodass
beim Aufsetzen des Brechkerns die Stege der inneren Kappe in die
Rillen des Brechkerns eingreifen.
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Wie
bereits erläutert, können innere und äußere
Kappe aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien
aufgebaut sein. Bevorzugt ist zumindest die äußere
Kappe aus einem isolierenden Material aufgebaut. Als isolierendes
Material werden bevorzugt feuerfeste Materialien eingesetzt, die
eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Geeignet sind
beispielsweise Materialien, die Luft- bzw. Gaseinschlüsse
aufweisen. Solche Materialien sind beispielsweise Aluminiumsilikat-
bzw. Siliziumdioxidmikrohohlkugeln, wie sie aus Flugasche abgetrennt werden
können, oder auch natürliche poröse Materialien,
wie Bimsstein. Andere feuerfeste Materialien mit hoher Isolierwirkung
sind Schaumbeton, Mineralfasern, oder Gesteinswolle.
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Die
innere Kappe kann ebenfalls aus einem isolierenden Material aufgebaut
sein. Um das Metall im Ausgleichshohlraum jedoch möglichst
lange in flüssigem Zustand zu halten, ist bevorzugt zumindest die
innere Kappe aus einem exothermen Material aufgebaut. Dazu können
für Speiser übliche exotherme Materialien verwendet
werden, die neben einem feuerfesten Material beispielsweise ein
oxidierbares Metall, wie Magnesium, Aluminium oder Silizium, sowie
ein Oxidationsmittel, wie Natrium- oder Kaliumnitrat enthalten.
Die oxidierbaren Metalle können in übli cher Form
vorliegen, also beispielsweise als Späne oder als Pulver.
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Beim
Gießen soll das Metall im Speiser erst deutlich später
erstarren als das Metall im Formhohlraum der Gießform.
Es wird daher eine möglichst gute Isolation des Ausgleichshohlraumes
gegen Wärmeverlust angestrebt. Die Isolation lässt
sich bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Speisers weiter verbessern, indem zumindest die äußere
Kappe auf ihrer Innenseite zumindest abschnittsweise mit einer Reflexschicht
versehen wird. Dadurch wird die aus dem Ausgleichshohlraum nach
außen gehende Wärmestrahlung zumindest teilweise
reflektiert, sodass das flüssige Metall im Ausgleichshohlraum
erst später erstarrt. Als Material für die Reflexschicht
sind an sich alle Materialien geeignet, die Wärmestrahlung
reflektieren können. Diese Materialien können
beispielsweise zu einer Farbe verarbeitet werden, die dann auf der
Innenseite der äußeren Kappe aufgetragen wird.
Geeignete Materialien sind beispielsweise Glimmer, Aluminiumpulver
oder Glasperlen. Als weitere Ausführungsform kann die Reflexschicht
auch in Form einer reflektierenden Folie, beispielsweise einer reflektierenden Metallfolie,
auf die Innenwand der äußeren Kappe aufgebracht
sein.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung des oben
beschriebenen Speisers für den Metallguss, wobei der Aluminiumguss besonders
bevorzugt ist.
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Bei
der Verwendung im Metallguss wird der erfindungsgemäße
Speiser in an sich üblicher Weise eingesetzt. Zunächst
wird ein Modell des herzustellenden Gussstücks angefertigt,
an welchem dann an den gewünschten Stellen die Speiser
angeordnet werden. Zur Fixierung des Speisers am Modell kann beispielsweise
ein üblicher Federdorn verwendet werden. Das Modell wird
dann in einem Formkasten mit Formsand umgeben und der Formsand verdichtet.
Der Formsand wird dann entsprechend dem gewählten Bindemittelsystem ausgehärtet.
Nachdem die ausgehärtete Gießform aus dem Formkasten
entnommen und bei mehrteiliger Ausführung ggf. zusammengesetzt
worden ist, wird in den Formhohlraum der Gießform flüssiges
Metall eingefüllt. Dabei steigt das flüssige Metall
auch in den Ausgleichshohlraum der in der Gießform eingebrachten
Speiser und entzündet dort ggf. das exotherme Material,
aus welchem der Speiser oder die innere Kappe des Speisers aufgebaut
ist. Nachdem das Metall in der Gießform erstarrt ist, wird
die Gießform entfernt und das Gussstück in der üblichen
Weise bearbeitet.
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Die
Erfindung wird im Weiteren unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
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1:
einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Luftspaltspeisers;
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2:
einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Luftspaltspeisers, wobei die
innere Kappe an ihrem unteren Abschluss eine Profilierung aufweist;
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3:
einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Luftspaltspeisers, wobei der
Luftspalt mit einem Kleberpfropfen verschlossen ist;
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4:
einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Luftspaltspeisers, wobei die
innere Kappe mit ihrem Deckel direkt am Deckel der äußeren
Kappe anliegt;
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5:
einen Querschnitt durch eine fünfte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Luftspaltspeisers, wobei
der Speiserkopf einteilig ausgeführt ist.
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1 zeigt
einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Luftspaltspeisers. Der
Luftspaltspeiser umfasst eine äußere Kappe 1 sowie
eine innere Kappe 2, die in der äußeren
Kappe 1 eingesetzt ist. Der Außenradius der inneren
Kappe 2 ist kleiner gewählt als der Innenradius
der äußeren Kappe 1, sodass zwischen
innerer Kappe 1 und äußerer Kappe 2 ein
Luftspalt 3 ausgebildet wird, der die innere Kappe 2 umgibt
bzw. um ihre Umfangsfläche umläuft. Der Luftspalt 3 bildet
im Sinne der Erfindung den Isolationshohlraum. Zur Positionierung
der inneren Kappe 2 in der äußeren Kappe 1 trägt
die innere Kappe 2 einen als Zentriervorrichtung wirkenden
Zentrierzapfen 4, welcher mit der Längsachse 5 fluchtend
mittig auf dem Deckel 6 der inneren Kappe 2 angeordnet
ist. In der Innenwand des Deckels 7 der äußeren
Kappe 1 ist eine als Zentrieraufnahme wirkende Zentriervertiefung 8 eingebracht,
die in ihren Abmessungen auf den Zentrierzapfen 4 abgestimmt
ist. Die Ausdehnung der Zentriervertiefung 8 in Richtung
der Längsachse 5 ist geringer gewählt
als die Länge des Zentrierzapfens 4, sodass der
Zentrierzapfen 4 als Distanzelement wirkt und zwischen
Deckel 6 der inneren Kappe 2 und Deckel 7 der äußeren
Kappe 1 ebenfalls ein Luftspalt 3 ausgebildet
wird, sodass der Isolationshohlraum um den oberen Abschluss des
Ausgleichshohlraums 10 umgreift. Die Innenwand der äußeren
Kappe 1 ist mit einer Reflexschicht 9 versehen,
welche Wärmestrahlung in Richtung des Innenraums des Speisers reflektiert.
Die inneren Kappe 2 umschließt in ihrem Inneren
einen Ausgleichshohlraum 10, der über eine Ausgleichsöffnung 11 nach
Außen geöffnet ist. Über die Ausgleichsöffnung 11 kann
der Ausgleichshohlraum 10 mit dem Formhohlraum einer Gießform (nicht
dargestellt) verbunden werden. Auf der Seite der Ausgleichsöffnung 11 wird
der Speiser durch eine als Brechkern 12 ausgebildete ringförmige
Platte abgeschlossen. Im Brechkern 12 ist eine sich verjüngende Öffnung 13 vorgesehen, über
welche beim Gießvorgang das flüssige Metall in
den Ausgleichshohlraum 10 ein- bzw. abfließen
kann. Der Brechkern 12 verschließt den Luftspalt 3 auf
der Seite der Ausgleichsöffnung 11, sodass der
Luftspalt 3 räumlich abgeschlossen ist und beim
Gießvorgang kein flüssiges Metall in den Luftspalt 3 eindringen
kann. Der Brechkern 12 kann beispielsweise mittels eines
Klebstoffs, wie Wasserglas, am unteren Abschluss der äußeren
Kappe 1 bzw. der inneren Kappe 2 befestigt sein,
sodass der dargestellte Speiser eine stabile Einheit bildet, die
sich gut transportieren und handhaben lässt.
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Die äußere
Kappe 1 des in 1 dargestellten Speisers ist
aus einem isolierenden Material hergestellt. Dazu können
für Speiser übliche isolierende Materialien verwendet
werden. Beispielsweise kann die äußere Kappe aus
Quarzsand hergestellt sein, dem ein Anteil an Aluminiumsilikatmikrohohlkugeln beigegeben
ist. Ebenso kann die äußere Kappe 1 beispielsweise
aus gemahlenem Bimsstein hergestellt sein. Diese Materialien werden
mit einem geeigneten Bindemittel, wie Wasserglas, verfestigt. Das Material
der äußeren Kappe 1 wird nur soweit verfestigt,
dass es eine ausreichende Porosität behält, um einen
Gasdurchtritt zu ermöglichen. Isolierende Materialien und
Verfahren zu ihrer Verfestigung bis zu einer bestimmten Porosität
sind an sich dem Fachmann bekannt. Die innere Kappe ist aus einem
exothermen Material hergestellt. Dazu umfasst das Material zur Herstellung
der inneren Kappe neben einem Feuerfeststoff, wie Quarzsand, noch
ein Oxidationsmittel, wie Kaliumnitrat, sowie ein oxidierbares Metall, wie
Aluminium, das beispielsweise in Form von Spänen eingesetzt
wird. Das Material wird mit einem geeigneten Bindemittel, wie Wasserglas
oder einem organischen Cold-Box-Bindemittel, verfestigt. Mischungen
für die Herstellung exothermer Speiser und Verfahren zu
deren Verarbeitung sind dem Fachmann an sich bekannt. Der Brechkern 12 besteht
aus einem feuerfesten Material, wie Quarzsand, das mit einem geeigneten
Bindemittel, wie einem organischen Polymer, verfestigt ist. Derartige
Brechkerne sind an sich bekannt.
-
Beim
Gießvorgang dringt das flüssige Metall zunächst über
die Öffnung 13 des Brechkerns 12 und die
Ausgleichsöffnung 11 in den Ausgleichshohlraum 10 ein.
Durch den Kontakt mit dem flüssigen Metall entzündet
sich das exotherme Material der inneren Kappe 2 und gibt
Wärme ab. Dadurch, sowie durch das flüssige Metall
erwärmt sich die Luft im Luftspalt 3 und dehnt
sich aus. Überschüssige Luft strömt durch
die poröse äußere Kappe 1 in
die Umgebung ab, sodass sich im Luftspalt 3 kein Überdruck
aufbaut. Durch die isolierende Wirkung des Luftspalts 3, der
Reflexschicht 9 sowie der äußeren Kappe 1 kann der
Wärmeverlust des flüssigen Metalls im Ausgleichshohlraum 10 verringert
werden, sodass das Metall länger in der flüssigen
Phase verbleibt und damit für einen Ausgleich des Volumenverlustes
beim Erstarren des Metalls im Formhohlraum der Gießform
zur Verfügung steht.
-
In 2 ist
eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Speisers in einem Längsschnitt dargestellt. Wie bei der
in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst
der Speiser eine äußere Kappe 1 und eine
in dieser angeordnete innere Kappe 2. Zur Positionierung
der inneren Kappe 2 in der äußeren Kappe 1 umfasst
die innere Kappe 2 einen auf ihrem Deckel 6 angeordneten
Zentrierzapfen 4, welcher in eine entsprechende Zentriervertiefung 8 im
Deckel 7 der äußeren Kappe 1 eingeführt
ist. Zentrierzapfen 4 und Zentriervertiefung 8 fluchten
jeweils mit der Längsachse 5 des Speiserkopfes.
Zwischen innerer Kappe 2 und äußerer
Kappe 1 ist wiederum ein als Isolationshohlraum wirkender
Luftspalt 3 angeordnet, welcher den oberen Abschluss des
Ausgleichshohlraums 10 umgreift. Im Innenraum der inneren
Kappe 2 ist ein Ausgleichshohlraum 10 vorgesehen,
der beim Gießen das flüssige Metall zunächst aufnimmt
und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgibt. An der Ausgleichsöffnung 11 umfasst
die innere Kappe 2 Stege 14a, 14b die
entlang dem äußeren bzw. inneren Umfang der unteren
Stirnseite der inneren Kappe 2 umlaufen. Zwischen den Stegen 14a, 14b bildet
sich eine Rille 15 aus, sodass der Ab schluss der inneren
Kappe 2 zur Seite der Ausgleichsöffnung 11 ein
U-förmiges Profil erhält.
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Der
in 2 dargestellte Speiser wird zur Seite der Ausgleichsöffnung 11 von
einer als Brechkern 12 wirkenden ringförmigen
Platte abgeschlossen. In die der inneren Kappe 2 zugewandten
Fläche des Brechkerns 12 sind zueinander beabstandete Rillen 16a, 16b eingeformt,
welche die Öffnung 13 ringförmig umlaufen.
Die Rillen 16a, 16b sind so dimensioniert und
positioniert, dass die am unteren Abschluss der inneren Kappe 2 vorgesehenen
Stege 14a, 14b in die Rillen 16a, 16b eingreifen
können. Durch die Profile an der unteren Stirnseite der
inneren Kappe 2 bzw. dem Brechkern 12 kann der Luftspalt 3 zuverlässig
gegenüber dem Ausgleichshohlraum 10, insbesondere
an der Grenzfläche zwischen innerer Kappe 2 und
Brechkern 12, abgedichtet werden, sodass beim Gießen
kein flüssiges Metall in den Luftspalt 3 eindringen
kann. Der Brechkern umfasst ferner auf seiner der äußeren
Kappe 1 zugewandten Fläche ein stufenförmiges
Profil 17, welches den unteren Abschluss der äußeren
Kappe 1 aufnimmt.
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In 3 ist
ein Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Speisers dargestellt. Der
Speiser umfasst wieder eine äußere Kappe 1 und
eine in dieser angeordnete innere Kappe 2. Die äußere
Kappe 1 weist in ihrem Deckel 7 eine Zentrieröffnung 18 auf,
die in Form eines durchgehenden kreisförmigen Loches in
den Deckel 7 eingebracht ist. Die innere Kappe 2 weist
auf ihrem Deckel 6 einen entsprechenden Zentrierzapfen 19 auf,
der in die Zentrieröffnung 18 eingeführt
werden kann, sodass äußere und innere Kappe 1, 2 in
der richtigen relativen Position angeordnet und miteinander verbunden
werden können. Im Zentrierzapfen 19 ist ein Entlüftungskanal 20 vorgesehen,
welcher den Ausgleichshohlraum 10 mit der Umgebung verbindet, sodass
beim Eindringen des flüssigen Metalls die verdrängte
Luft ungehindert aus dem Ausgleichshohlraum entweichen kann.
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Zwischen
innerer Kappe 2 und äußerer Kappe 1 ist
wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsformen ein
Luftspalt 3 angeordnet. Dieser ist zur Seite der Ausgleichsöffnung 11 hin
mit einem Silikatkleberpfropfen 21 verschlossen, sodass
beim Gießen kein flüssiges Metall in den Luftspalt 3 eindringen
kann.
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In 4 ist
ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Speisers dargestellt, in welcher
der Luftspalt 3 lediglich die parallel zur Längsachse 5 verlaufenden
Außenflächen der inneren Kappe 2 umgibt.
Wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsformen umfasst
der in 4 dargestellte Speiser eine äußere
Kappe 1 aus einem isolierenden Material und eine in der äußeren Kappe 1 angeordnete
innere Kappe 2 aus einem exothermen Material. Auf den Deckel 6 der
inneren Kappe ist ein mit der Speiserlängsachse 5 fluchtender Zentrierzapfen 4 aufgesetzt,
der in einer im Deckel 7 der äußeren
Kappe 1 vorgesehenen Zentriervertiefung 8 aufgenommen
ist. Die Ausdehnung des Zentrierzapfens 4 in Richtung der
Längsachse 5 ist gleich oder kleiner gewählt
als die Längsausdehnung der Zentriervertiefung 8.
Dadurch gelangt die Außenfläche des Deckels 6 der
inneren Kappe 2 an der Innenfläche des Deckels 7 der äußeren
Kappe 1 zur Anlage. Die Grenzflächen von Deckel 6 der
inneren Kappe 2 und Deckel 7 der äußeren
Kappe 7 können noch mit einem Klebstoff, wie Wasserglas,
verbunden werden, wodurch eine sehr hohe mechanische Beständigkeit
des Speisers erreicht wird. In seinem weiteren Aufbau entspricht
der in 4 dargestellte Speiser dem Speiser aus 1.
Der Speiser wird zur Seite der Ausgleichsöffnung 11 durch
eine als Brechkern 12 ausgebildete ringförmige
Platte begrenzt, die auch den Luftspalt 3 gegenüber
der Umgebung räumlich abschließt, sodass beim
Gießen kein flüssiges Metall in den Luftspalt 3 eindringen
kann.
-
In 5 ist
eine Ausführungsform des Speisers in einem Längsschnitt
wiedergegeben, bei welcher der Speiserkopf einteilig ausgeführt
ist. Der Speiserkopf 22 ist durchgehend aus einem exothermen
Material hergestellt. In den Speiserkopf 22 ist ein Ausgleichshohlraum 10 sowie
ein um den Ausgleichshohlraum 10 umlaufender Luftspalt 3 eingebracht.
Das exotherme Material des Speiserkopfes 22 weist eine
ausreichend hohe Porosität auf, sodass Luft aus dem Ausgleichshohlraum 10 bzw.
dem Luftspalt 3 durch die Wand des Speiserkopfes 22 ausströmen
kann. Zur Seite der Ausgleichsöffnung 11 hin ist
der Speiserkopf durch eine als Brechkern 12 ausgebildete
ringförmige Platte abgeschlossen, welche auch den Luftspalt 3 räumlich
abschließt. An der der Ausgleichsöffnung 11 gegenüberliegenden Seite
des Ausgleichshohlraums 10 ist eine Zentriervertiefung 23 vorgesehen.
Diese dient der Aufnahme der Spitze eines Federdorns, wie er üblicherweise zur
Fixierung von Speisern an einem Modell während der Herstellung
der Gießform verwendet wird.
-
- 1
- äußere
Kappe
- 2
- innere
Kappe
- 3
- Luftspalt
- 4
- Zentrierzapfen
- 5
- Längsachse
- 6
- Deckel
- 7
- Deckel
- 8
- Zentriervertiefung
- 9
- Reflexschicht
- 10
- Ausgleichshohlraum
- 11
- Ausgleichsöffnung
- 12
- Brechkern
- 13
- Öffnung
- 14
- Stege
- 15
- Rille
- 16
- Rille
- 17
- Profil
- 18
- Zentrieröffnung
- 19
- Zentrierzapfen
- 20
- Entlüftungskanal
- 21
- Klebestopfen
- 22
- Speiserkopf
- 23
- Zentriervertiefung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19642838
A1 [0004]
- - DE 10142357 A1 [0005]