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Die Erfindung betrifft einen Speiser, der für insbesondere aus Gusseisen bestehende Gussstücke vorgesehen ist und in dem durch Speisermaterial ein Speiserhohlraum zur Aufnahme von Gießgut während des Gießvorganges gebildet ist.
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Um gegenüber Naturspeisern das Speiservolumen, also den Speiserhohlraum, der beim Gießen zusätzlich zum Formhohlraum mit Gießgut gefüllt wird, gering zu halten, verwendet man exotherme (selbstheizende) Speiser und isotherme (isolierende) Speiser. Bei isolierenden Speisern wird für das den Speiserhohlraum bildenden Speisermaterial wärmeisolierendes Material verwendet, um das im Speiserhohlraum befindliche Gießgut die notwendige Zeit flüssig zu halten. Isolierende Speiser nehmen beim Abgießen der Form zuerst Wärme aus dem flüssigen Metall auf, bis sich ein Temperaturausgleich einstellt. Von diesem Zeitpunkt an schützen sie das flüssige Gießmetall eine gewisse Zeit gegen weitere Wärmeverluste. Dadurch kann man mit klein bemessenen Speisern auskommen und somit die Ausbringung erhöhen. Isolierende Speiser verzögern somit den Erstarrungsbeginn und fördern die Dichtspeisung. Derzeit werden Speiser aus verdichtetem Formstoff hergestellt. Bei exothermen Speisern ist dem Speisermaterial eine exotherme Heizmasse zugesetzt oder besteht ganz aus exothermer Heizmasse. Diese Heizmasse wird beim Gießvorgang gezündet und gibt dann Wärme an das sich im Speiserhohlraum befindliche Gießgut ab. Der Speiserhohlraum kann dann besonders klein gehalten werden. Der Bedarf an Heizmasse kann dadurch vermindert werden, dass die exotherme Heizmasse mit einer wärmeisolierenden Schicht umgeben ist. Die exotherme Reaktion ist üblicherweise eine aluminothermische Reaktion.
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Aus der
DE 28 22 594 C2 sind einmal Speiser bekannt, die einen Werkstoff aufweisen, der wärmeisolierende Eigenschaften hat. Ebenso sind aus in der genannten Schrift Speiser mit einem Werkstoff, der exotherm reagiert, bekannt. Schließlich kann ein Speiser nach dieser Schrift auch Material aufweisen, das zunächst exotherm reagiert und nach der Reaktion wärmedämmend ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Speiser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, dass er für seine Anwendung besonders günstige Eigenschaften aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Speiser mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Gemäß der Erfindung wird also ein Speiser bereitgestellt, der für insbesondere aus Gusseisen bestehende Gussstücke vorgesehen ist und dessen während des Gießvorgangs Gießgut aufnehmender Speiserhohlraum ganz oder teilweise durch ein aus einem Aerogel bestehendes Speisersegment gebildet ist.
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Aerogele, die es als hydrophile und als hydrophobe Aerogele gibt, sind hochporöse Festkörper, die in ihrem Volumen bis zu über 95 Prozent aus Poren bestehen. Sie haben deshalb für die Verwendung in Speisern besonders günstige Eigenschaften. Aerogele sind aufgrund ihrer Porosität hervorragend wärmeisolierend, so dass bei einem Einsatz von Aerogelen in Isolierspeisern deren Speiserhohlraum besonders klein gehalten und damit die Ausbringung von Gussstücken erhöht werden kann. Aufgrund der isolierenden Eigenschaften der Aerogele kann bei deren Verwendung in Exothermspeisern die Menge an exothermem Material verringert und damit die Umweltbelastung durch exothermes Material bei dessen Gewinnung und durch dessen exotherme Reaktion reduziert werden. Eventuell können in Fällen, in denen bisher Exothermspeiser eingesetzt worden sind, in Zukunft Isolierspeiser verwendet werden. Der teilweise oder vollständige Ersatz von exothermem Material in Speisern durch Aerogel führt auch zu einer Kostenreduktion.
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Eine erfindungsgemäße Ausbildung eines Speisers ist aber auch gerade bei Exothermspeichern, also Speisern, deren Speisermaterial eine exotherme Heizmasse enthält, besonders vorteilhaft. Aerogele können nämlich wegen ihrer hohen Porosität in hohem Maße Gase adsorbieren. Durch das Speisersegment, das im Wesentlichen aus einem Aerogel besteht, werden also beim Abguss Gießgase adsorbiert, so dass die Umweltbelastung reduziert ist. Beim Einsatz von exothermen Speisern, besonders bei Coldbox gebundenen Speisern, entstehen beim Abguss große Mengen an Verbrennungs- beziehungsweise Reaktionsgasen, von denen ein großer Teil aufgrund der adsorbierenden Wirkung des Aerogels von diesem aufgenommen wird. Dadurch kann der Anteil der Gase, der in die Umwelt abgegeben wird, beziehungsweise der bisher betriebene Aufwand für Absaugung und Gasreinigung, durch den eine Abgabe der Gase in die Umwelt verhindert werden soll, reduziert werden. Die Umweltbelastung kann also reduziert werden. Emissionsobergrenzen lassen sich leichter einhalten.
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Vorteilhafte Weiterbildungen eines erfindungsgemäßen Speisers kann man den Unteransprüchen entnehmen.
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Bevorzugt besteht das im Wesentlichen aus einem Aerogel bestehende Speisersegment aus einem faserverstärkten Aerogel-Composite. Durch die Fasern wird die mechanische Belastbarkeit des Aerogels vergrößert.
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Die Oberfläche des im Wesentlichen aus einem Aerogel bestehenden Speisersegments kann zumindest teilweise mit einer dünnen, harten, insbesondere einer dünnen keramischen Schicht überzogen sein. Bevorzugt enthält die keramische Schicht Siliziumcarbid oder besteht ganz aus Siliziumcarbid.
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Bevorzugt ist das Aerogel ein Kohlenstoff-Aerogel ist, wobei das kohlenstoff-Aerogel vorzugsweise im faserverstärkten Composite verwendet wird.
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Das Aerogel kann jedoch auch ein Resorcin-Formaldehyd-Aerogel, ein Silica-Aerogel oder ein Siliziumoxidcarbid-Aerogel sein.
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Die Porengröße des Aerogels ist bevorzugt so ausgebildet, dass magnesiumbindende Elemente wie Schwefel und Sauerstoff von dem Aerogel adsorbiert werden. Das führt zu einem verringerten Magnesiumverbrauch an der Oberfläche der Form oder des Kerns, so dass beim Sphäroguss Graphitentartungen reduziert sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Speiser im Wesentlichen komplett aus einem Aerogel. Der Speiser wird dann aus einem einzigen Speisersegment gebildet.
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Unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte ist es auch möglich, einen erfindungsgemäßen Speiser aus mehreren Speisersegmenten aufzubauen, die sich in ihrer Stoffzusammensetzung voneinander unterscheiden, wobei sich ein im Wesentlichen aus einem Aerogel bestehendes Speisersegment in einem Speisersegment von anderer Stoffzusammensetzung befindet.
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Dabei ist vorzugsweise die Auslassöffnung des Speiserhohlraums durch das im Wesentlichen aus einem Aerogel bestehende Speisersegment gebildet.
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Das im Wesentlichen aus einem Aerogel bestehende Speisersegment kann ein Speisereinsatz, ein Speiserboden oder auch ein Speiserdeckel sein.
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Drei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Speisers sind in den Zeichnungen Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
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In den Figuren ist mit 1 der in einer zweiteiligen Sandform 2, 3 ausgebildete Hohlraum bezeichnet, der beim Gießvorgang mit flüssigem Eisen gefüllt wird. In die eine Hälfte 2 der Sandform 2, 3 ist ein Speiser 6 eingebettet, wobei in dem Speisermaterial 7 ein sacklochartiger zylindrischer Speiserhohlraum 8 ausgebildet ist, der über eine Auslassöffnung 10 zu dem Hohlraum 1 hin offen ist und am geschlossenen Boden eine halbkugelförmige Gestalt hat und das Speiservolumen bildet, das beim Gießvorgang zunächst ebenfalls mit flüssigem Eisen gefüllt wird. Das Speiservolumen entspricht in seiner Größe dem Nachsaugbedarf des zu gießenden Gussstücks zusätzlich eines geringen Sicherheitsbetrages. Das flüssige Eisen in dem Speiserhohlraum 8 soll bis zur Beendigung der Nachsaugung durch das Gussstück flüssig gehalten werden. Während des Nachsaugvorgangs sinkt der Gießgutspiegel in dem Speiserhohlraum 8 entsprechend dem Nachsaugbedarf des Gussstücks ab, bis sich schließlich nur noch ein Volumen entsprechend dem Sicherheitsbetrag in dem Speiserhohlraum 8 befindet.
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Um das sich im Speiserhohlraum 8 befindliche Gießgut die notwendige Zeit flüssig zu halten, wird der Speiserhohlraum 8 gut gegen den Abfluss von Wärme isoliert – man spricht dann von einem isolierenden Speiser- und /oder extern erhitz – man spricht dann von einem exothermen Speiser. Zum Aufbau eines erfindungsgemäßen Speisers ist nun ein hochfestes, faserverstärktes Aerogel-Composite, insbesondere ein hochfestes faserverstärktes Kohlenstoff-Aerogel-Composite verwendet, und zwar ist ein Speisersegment ganz aus dem Aerogel-Composite gefertigt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist der gesamte Speiser komplett aus dem hochfesten, faserverstärkten Kohlenstoff-Aerogel-Composite gefertigt. Der Speiser besteht also sozusagen nur aus einem einzigen Speisersegment.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 besteht der Speiser 6 aus zwei Speisersegmenten 12 und 13, wobei das Speisersegment 12 ein den Speiserhohlraum 8 bis auf die Auslassöffnung 10 umschließender Hohlkörper ist, dessen Außenfläche vom geschlossenen Boden aus sich kegelig verjüngend bis zum Rand der Auslassöffnung zuläuft. Das Speisersegment ist von dem Speisersegment 13 umgeben, das aus einem Formmaterial besteht, das standardmäßig für Speiser verwendet wird und mit seiner Außenkontur die Außenkontur des Speisers festlegt. Das Speisersegment 12 dagegen besteht im Wesentlichen aus einem hochfesten, faserverstärkten Kohlenstoff-Aerogel-Composite.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 besteht der Speiser 6 aus zwei Speisersegmenten 12 und 13, wobei das aus dem hochfesten, faserverstärkten Kohlenstoff-Aerogel-Composite gefertigte Speisersegment 12 nun ein durchgängig hohles Speisersegment ist, das von seiner Außenform her einen Kegelstumpf darstellt. Der Kegelstumpf umgibt den Speiserhohlraum 8 von der Auslassöffnung 10 aus über eine gewisse Strecke. Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 als auch bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 ist also die Auslassöffnung 10 des Speiserhohlraums 8 durch das im Wesentlichen aus einem Aerogel bestehende Speisersegment 12 gebildet ist. Das Speisersegment 12 ist von dem Speisersegment 13 umgeben, das aus einem Formmaterial besteht, das standardmäßig für Speiser verwendet wird und dem Speiser dieselbe Außenkontur wie bei den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 gibt.
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Die Oberfläche des im Wesentlichen aus einem Aerogel bestehenden Speisersegments ist bei allen drei Ausführungsbeispielen mit einer Siliziumcarbidschicht überzogen, durch die die Festigkeit des Speisersegments noch erhöht ist.
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Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Aerogelen ist bei einem erfindungsgemäßen Speiser das sich in dem Speiserhohlraum befindliche Gießgut gut gegen Wärmeverlust geschützt. Dieser Schutz besteht auch bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 insbesondere in dem sich unmittelbar an die Auslassöffnung 10 anschließenden Bereich des Speiserhohlraums 8.
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Es werden auch die Gas adsorbierenden Eigenschaften von Aerogelen ausgenutzt. Dazu kann die Porengröße des Aerogels so gewählt sein, dass magnesiumbindende Elemente wie Schwefel und Sauerstoff adsorbiert werden. Beim Einsatz von Exothermspeisern während des Gießvorgangs entstehenden großen Mengen an Verbrennungs- beziehungsweise Reaktionsgase werden wenigstens teilweise gebunden und damit die Menge der frei werdenden Gase und damit den Aufwand für Absaugung und Reinigung der Gase zu reduzieren.
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Zum anderen kann die wärmemisolierende Eigenschaft von Aerogelen ausgenutzt werden, um beim Einsatz von Exothermspeisern die Menge an exothermer Heizmasse gegenüber Exothermspeisern ohne Aerogelsegment zu reduzieren. Damit wird auch die Umweltbelastung durch exothermes Material bei dessen Gewinnung und durch dessen exotherme Reaktion reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2010337 C2 [0003]
- DE 2822594 C2 [0004]
