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Verfahren zum Entnehmen schmelzflüssigen Metalls aus der Entnahmekammer
eines Metallschmelzofens mittels Druckgas Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Entnehmen schmelzflüssigenMetalls aus einem Metall schmelzofen.
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Bei bekannten Metallschmelzöfen erfolgt die Abgabe des durch Induktionsheizung
oder sonstige Heizung geschmolzenen Metalls aus dem Ofen vermittels einer Pumpe.
Diese Pumpe besteht dabei aus einer Pumpenkammer, in welche das abzugebende Metall
eintritt und aus welcher es durch Einwirkung von Druckluft oder eines unter Druck
stehenden Gases herausgedrückt wird. Der Entnahmekanal erstreckt sich dabei bis
unter den Oberflächenspiegel des geschmolzenen Metalls in das geschmolzene Metall
hinein.
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Es wurde gefunden, daß sich die bei diesen Metallschmelzöfen abgegebene
Metallmenge bei konstanter Betriebszeit der Pumpe in Abhängigkeit von der Höhe des
Spiegels des geschmolzenen Metalls im Ofen ändert. Dieser Zustand ist als unbefriedigend
anzusehen, da in weitaus den meisten Fällen bei jeder Tätigkeit der Pumpe die Abgabe
einer möglichst gleichen Menge Metall gewünscht wird. Mit der Erfindung soll dieser
Nachteil behoben werden.
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Es ist bereits bekannt, zum Entnehmen schmelzflüssigen Metalls aus
einem Metallschmelzofen eine Entnahmekammer vorzusehen, die in das geschmolzene
Metall eintaucht und mit dem geschmolzenen Metall des Schmelzofens über eine Öffnung
verbunden ist, und die unten einen sich bis über die Oberfläche des geschmolzenen
Metalls erstreckenden Entnahmekanal aufweist, über den das geschmolzene Metall durch
Zufuhr eines unter Druck stehenden Gases aus der Kammer herausgedrückt werden kann.
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Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Zeitdauer der Einwirkung
des Druckgases durch eine von einem in der Kammer angeordneten Schwimmer beeinflußte,
elektrische Steuerschaltung derart geregelt wird, daß Änderungen in der Höhe des
Metallspiegels durch Anderungen der Zeitdauer der Einwirkung des Druckgases im Sinne
einer gleichbleibenden Abgabe flüssigen Metalls kompensiert werden.
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In Verfolg des Erfindungsgedankens wird in der Steuerschaltung durch
ein von dem Schwimmer betätigtes Potentiometer eine Gittervorspannung für eine Elektronenröhre
nach Maßgabe der Höhe des Spiegels des flüssigen Metalls geregelt. Die Gittervorspannung
bewirkt eine Sperrung der Röhre und wird nach einer Zeitverzögerung abgebaut, worauf
die Röhre leitet und dabei ein Abschalten der Druckgaszufuhr verursacht. Die Zeitverzögerung
hängt ab von der Größe der angelegten Gittervorspannung und damit von der Höhe des
Metallspiegels im Ofen.
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Durch die automatische Steuerung ist es nunmehr möglich, die abzugebende
Metallmenge unabhängig
von der jeweiligen Ausgangshöhe des Spiegels des flüssigen
Metalls im Ofen einzustellen. Die Anordnung der elektrischen Steuerschaltung bewirkt,
daß bei einem verhältnismäßig hohen Metallspiegel innerhall> des Ofens die Elektronenröhre
bereits verhältnismäßig kurze Zeit nach Einschalten der Pumpe leitend wird und die
Pumpe wieder abschaltet, während bei einem verhältnismäßig niedrigen Spiegel der
Metallschmelze ein entsprechend höheres Gittervorspannungspotential erzeugt wird
und damit eine längere Zeit vergeht, bevor das Gittervorspannungspotential abgebaut
wird.
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Hierdurch wird eine Veränderung in der Ausgangshöhe des Spiegels im
Ofen automatisch kompensiert und bei jedem Entnahmevorgang die Entnahme einer gleichmäßigen
Menge geschmolzenen Metalls sichergestellt.
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Die Steuerungsschaltung kann in einem kleinen handlichen Aggregat
direkt oberhalb der mit Druckluft versorgten Pumpenkammer angeordnet werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
an Hand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen
stellt dar Fig. 1 einen Metallschmelzofen mit der erfindungsgemäßen Abgabesteuerung
im Schnitt, Fig. 2 ein Schaltbild für die Steuerung.
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In Fig. 1 ist ein Zweikammer-Induktionsofen gezeigt, bei dem die
Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann. Der gezeigte Ofen umfaßt ein Gestell
10, das aus einem keramischen oder feuerfesten Material hergestellt sein kann und
der Wärme des geschmolzenen Metalls ohne Schaden widersteht. Er ist in einen Schmelztiegel
12, der verhältnismäßig groß sein kann, und eine Gieß- oder Schöpfpfannel4 unterteilt.
Die Pfanne 14 liegt neben dem Tiegel 12 und ist vorzugsweise kleiner. Beide Kammern
nehmen geschmolzenes Metall 16 auf und können über getrennt zueinander liegende
Kanäle 18 in dem Gestell 10 miteinander verbunden sein. Die Kanäle, durch die das
Metall aus dem Schmelztiegel in die Schöpfpfanne fließen kann, sind unter dem normalen
Oberflächenspiegel des geschmolzenen Metalls in den Kammern angeordnet.
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Das Metall in den Kammern wird induktiv vermittels einer Transformator-Primärwicklung
20, die zwischen dem Schmelztiegel und der Schöpfpfanne gelegen und magnetisch mit
den Kanälen 18 verbunden ist, erhitzt. In bekannter Weise wird die Primärspule 20
mit Strom versorgt, so daß durch den Sekundär-Heizstrom das Metall in dem Ofen zum
Schmelzen gebracht wird.
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Ein Pumpenaggregat wirkt auf das geschmolzene Metall 16 in der Schöpfpfanne
ein. Die Pumpenkammehr 24 ist vorzugsweise aus feuerfestem Material gefertigt. Sie
ist als länglicher Hohlkörper ausgebildet, der sich bis unter den Spiegel des geschmolzenen
Metalls 16 erstreckt. Durch eine Öffnung 26 im Boden der Pumpenkammer 24 kann geschmolzenes
Metall aus der Pfanne 14 in die Pumpenkammer 24 aufsteigen. Ein Entnahmekanal 28
erstreckt sich von der Pumpenkammer 24 aus durch eine Öffnung in der Seitenwand
des Ofengestells 10 und steht außerhalb des Ofens vorzugsweise mit einem geeigneten
Gerät zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls in Verbindung.
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Das Pumpenaggregat22 ist auf dem Deckel30 der Kammer 14 gelagert.
Wenn die Pumpenkammer durch Luft unter Druck gesetzt wird, deren Zufuhr über eine
ventilgesteuerte Pumpe erfolgt, wird das geschmolzene Metall in der Pumpenkammer
über den Entnahmekanal 28 aus dem Ofen gedrückt. Die Einlaßöffnung 26 ist klein,
um einen Metallrückfluß aus der Pumpenkammer während des Entnahmevorganges zu begrenzen.
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Wenn die Pumpenkammer 24 für eine bestimmte Zeitspanne unter Druck
gesetzt wird, hängt die Menge des aus dem Ofen abgegebenen geschmolzenen Metalls
von der Höhe des Spiegels des geschmolzenen Metalls in dem Ofen ab. Da es im allgemeinen
wünschenswert ist, gleich große Mengen geschmolzenen Metalls bei jeder Pumpentätigkeit
aus dem Ofen abzuführen, ist eine elektrische Steuerschaltung an dem Ofen vorgesehen,
die automatisch Anderungen im Spiegel kompensiert, wodurch die aus dem Ofen abgegebene
Menge geschmolzenen Metalls gleich bleibt.
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Ein Schwimmer 32, der vorzugsweise aus einem keramischen Material
besteht, schwimmt auf dem geschmolzenen Metall 16 in der Pumpenkammer 24. Ein Schaft24
ist mit dem Schwimmer 32 verbunden und so ausgestaltet, daß er dem Schwimmer nach
Maßgabe der Änderungen im Spiegel des geschmolzenen Metalls in dem Ofen folgen kann.
In einem Gehäuse 36 ist ein Teil einer Steuerschaltung untergebracht. Das Gehäuse
befindet sich über dem Schwimmer, und der Schaft34 ragt in dieses Gehäuse hinein.
Die Steuerschaltung in dem Gehäuse36 bildet einen Teil einer elektronischen Zeitsteuerschaltung,
durch welche die
Arbeitszeit der Pumpe in Abhängigkeit von dem Spiegel des geschmolzenen
Metalls, d. h. der Stellung des Schaftes 34, geändert wird.
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Eine bevorzugte Ausführung einer Steuerschaltung ist in Fig. 2 der
Zeichnungen gezeigt. Die Steuerschaltung umfaßt einen Transformator 40 mit einer
Primärwicklung 41, die über eine Sicherung 39 mit den Anschlußklemmen 42 und 43
eines Wechselstromnetzes verbunden ist. Über eine Sekundärwicklung 44 des Transformators
40 wird der Heizung 45 und 46 zweier Röhren47 und 48 Heizspannung zugeführt.
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Eine weitere Sekundärwicklung 49 des Transformators 40 ist mit einem
Ende an die Anode 50 der Gleichrichterröhre 47 angeschlossen und mit dem anderen
Ende über einen Kondensator 51 mit der Kathode 52 dieser Gleichrichterröhre verbunden.
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Die Kathode 52 der Gleichrichterröhre 47 ist an ein Kalibrierungsnetz
angeschlossen, daß das Kalibrierungspotentiometer 53 in Serie mit zwei festen Widerständen
54 und 55 und das Kalibrierungspotentiometer 56 enthält. Über dem Potentiometer
53 und dem Widerstand54 liegt ein Schalter 57.
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Die Anode 60 der Röhre 48 ist über die Wicklung eines Relais 61 mit
der Leitung 43 verbunden. Das Steuergitter 62 der Röhre 48 liegt über einem Widerstand
63 an dem freien Ende des Potentiometers 56.
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Das Schirmgitter 64 und die Kathode 65 dieser Röhre liegen über der
Sicherung39 an der Leitung 42. Die Kathode 65 liegt weiterhin an der einen Platte
eines Kondensators 66, dessen andere Platte mit dem Steuergitter 62 verbunden ist.
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Zwischen das Potentiometer 56 und die Wicklung 49 des Transformators
40 ist ein Kondensator 67 geschaltet. Parallel zu diesem Kondensator liegt ein Widerstand
68 in Serie mit den Kontakten 69 und 70 eines Relais 71. Weiterhin sind Kontakte
72 und 73 eines Relais 101 zwischen der Kathode 65 und dem einen Anschluß eines
Nebenschlußpotentiometers 74 angeordnet.
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Das Potentiometer 74 liegt parallel zu den Ausgängen eines Gleichrichters,
der über den Transformater 75 mit Netzstrom gespeist wird. Die Primärwicklung 76
des Transformators liegt zwischen den Leitungen 42 und 43, die Sekundärwicklung
77 ist mit einer Gleichrichterbrücke aus den Gleichrichtern 78, 79, 80 und 81 verbunden.
Der Ausgang der Gleichrichterbrücke wird über Filterkondensatoren 82 und 83 und
einen zwischen diesen Kondensatoren liegenden Widerstand 84 gegeben. Das Potentiometer
74 liegt parallel zum Kondensator 83. Der Gleitabgriff 85 des Potentiometers 74
ist mit dem Anschluß eines weiteren Potentiometers 86 verbunden, dessen anderes
Ende an den Relaiskontakt 73 geschaltet ist.
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Die Sekundärwicklung 49 des Transformators 40 ist mit dem einen Ende
eines Potentiometers 87 verbunden, dessen anderes Ende über dem Widerstand 88 an
der Kathode 52 des Gleichrichters 47 liegt. Der Gleitabgriff 90 des Potentiometers
86 ist elektrisch mit dem Gleitabgriff 91 des Potentiometers 87 und weiterhin mechanisch
mit dem Schaft 34 des Schwimmeß32 gekoppelt. Auf diese Weise wird der Gleitabgriff
90 des Potentiometers 86 nach Maßgabe der Stellung des Schwimmers 32 und damit der
Höhe des Spiegels des geschmolzenen Metalls in der Pfanne 14 eingestellt.
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Die Verbindung von der Leitung 43 zum Relais 71 kann durch Öffnen
der Kontakte 92 und 93 eines Schalters 94 unterbrochen werden. Der Kontakt 92 c-<
Schalters ist gleichfalls mit dem Schaltanker 103 des dem Relais 71 zugeordneten
Relaisschalters verbunden.
Der Kontakt 104 besitzt eine Verbindung
zum Schaltanker95 des Relais 61 sowie zur Wicklung des Relais 101. Diese Wicklung
des Relais 101 liegt mit ihrem zweiten Anschluß direkt an der Leitung 42. Der mit
dem Schaltanker zusammenarbeitende Kontakt 96 des Relais 61 ist mit dem einen Anschluß
des Entnahmerelais 97 verbunden, dessen anderer Anschluß ebenfalls an der Leitung
42 liegt. Das die Betätigung des Pumpenaggregats bewirkende Ventil 98 liegt zwischen
der Leitung 42 und der Leitung 43. In dem Anschluß dieses Ventils zur Leitung 43
ist der Schaltanker 99 und der Kontakt 100 des Entnahmerelais 97 angeordnet.
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Im Betrieb der Steuerungsschaltung ist die Röhre 48 normalerweise
durch eine Gittervorspannung gesperrt. Es liegen Gittervorspannungspotentiale aus
zwei getrennten Spannungsquellen an dem Steuergitter 62 und der Kathode 65. Das
eine Gittervorspannungspotential wird von der Gleichrichterröhre 47 geliefert und
über die Kalibrierungsschaltung 53, 54, 55 und 56 sowie dem Widerstand 63 dem Steuergitter
62 der Röhre zugeführt. Das zweite Gittervorspannungspotential stammt aus der Gleichrichterbrücke
78, 79> 80 und 81 und wird über die Filterschaltung82, 83 und 84 und das Potentiometer
74 sowie weiter über das Potentiometer 86 dem Gleitabgriff 91 des Potentiometers
87 zugeführt.
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Es wurde bereits erwähnt, daß der Gleitabgriff 90 des Potentiometers
86 mechanisch mit dem keramischen Schwimmer 32 in der Pumpenkammer gekoppelt ist.
Wenn sich daher die in der Pumpenkammer befindliche geschmolzene Metallmenge vermehrt
oder vermindert, ändert sich im entsprechenden Umfang die an dem Gleitabgriff 90
abgenommene Spannung. Diese Spannung wird der am Potentiometer 87 abgenommenen Spannung
hinzuaddiert.
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Die resultierende Gittervorspannung für die Röhre 48 wird durch die
Summe der beiden einzelnen Gittervorspannungspotentiale gebildet. Durch diese Spannungen
werden die Kondensatoren66 mld 59 aufgeladen, und die Röhre 48 wird im gesperrten
Zustand gehalten.
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Sobald eine bestimmte Menge an geschmolzenem Metall aus der Pumpenkammer
24 über den Entnahmekanal 28 entnommen werden soll, werden die Kontakte 92 und 93
des Schalters 94 geschlossen. Der Schalter 94 kann dabei als »Entnahmeschalter«
bezeichnet werden. Durch das Schließen dieses Schalters wird das Relais 71 erregt,
wodurch die normalerweise geschlossenen Kontakte 69 und 70 geöffnet und die normalerweise
offenen Kontakte 103 und 104 geschlossen werden.
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Durch Erregung des Relais 71 und das damit verbundene Öffnen der
Kontakte 69 und 70 wird die Zeitbestimmung der Schaltung ausgelöst. Gleichfalls
wird zu diesem Zeitpunkt jedoch auch das Entaahmerelais 97 zwischen die Leitungen
geschlossen, da sich bei Schließen des Schalters 94 wegen des gleichzeitigen Schließens
des Schalters102 über die normalerweise geschlossenen Kontakte 95 und 96 des Relais
61 ein Stromweg gebildet hat. Durch Erregung des Relais 97 schließen sich die normalerweise
geöffneten Kontakte 99 und 100, so daß auch das die Pumpe betätigende Ventil 98
unter Strom gesetzt wird. Hierdurch wird das Herauspumpen des geschmolzenen Metalls
aus dem Ofen ausgelöst.
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Vorzugsweise ist das Pumpenventil 98 als Luft-oder Gas-Solenoid-Ventil
ausgebildet, bei welchem durch den zugeführten Strom eine Leitung zur Pumpenkammer
24 geöffnet, die Pumpenkammer unter
Druck gesetzt und das geschmolzene Metall 16
über den Entnahmekanal 28 herausgedrückt wird.
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Gleichzeitig mit dem Relais 97 wird auch das Relais 101 mit Strom
versorgt. Hierbei öffnen sich die Kontakte 72 und 73. Da die Kontakte 69 und 70
des Relais 71 bereits geöffnet sind, wird das Gittervorspannungspotential, welches
von der Gleichrichterbrücke über die Speicherkondensatoren zugeführt wird, abgeschaltet.
Zu diesem Zeitpunkt befinden sich die Kondensatoren66 und 59 auf einer Spannung,
die der Summe der beiden einzelnen Gittervorspannungspotentiale entspricht. Sobald
nunmehr die Kontakte 69 und 70 des Relais 71 geöffnet sind, beginnt sich der Kondensator
67 auf einen Wert aufzuladen, der durch den Speicherkondensator 59 bestimmt wird.
Sobald der Kondensator 67 aufgeladen ist, wird die Röhre 48 leitend, und das im
Anodenkreis liegende Relais 61 wird erregt. Hierdurch öffnen sich die normalerweise
geschlossenen Kontakte 95 und 96, und die Stromzufuhr zum Entnahmerelais 97 wird
unterbrochen. Hierdurch ergibt sich ein Öffnen der Kontakte 99 und 100, ein Abschalten
des Ventils 98 und damit eine Reendigung des Pumpvorganges.
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Die Zeitdauer, während der das zweite Gittervorspannungspotential
an die Röhre 48 angelegt ist und das nach Abschalten dieses Potentials bewirkte
Leiten der Röhre wird durch die Größe des zweiten Gittervorspaniiungspotentials
bestimmt. Für ein relativ großes Gittervorspannungspotential ist die Zeitdauer lang
und für ein relativ kleines Gittervorspamiungspotential entsprechend kurz bemessen.
Die grundlegende Zeitdauer läßt sich durch geeignete Justierung des Potentiometers
87 im Steuerkreis einstellen. Diese grundlegende Zeitdauer wird nach Maßgabe der
Höhe des Metallspiegels durch die Spannung aus dem Potentiometer86 moduliert. Damit
wird die Gesamtgröße des zweiten Gittervorspannungspotentials durch die Lage des
Schwimmers 32 in der Pumpenkammer 24 bestimmt.
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Wenn das Metall in der Pumpenkammer verhältnismäßig hoch steht, ist
das zweite, dem ersten Gittervorspannungspotential hinzugefügte Potential klein
und damit die Zeitdauer verhältnismäßig kurz. Wenn das Metall in der Pumpenkammer
einen tieferen Spiegel besitzt, ist das zweite Gittervorspannungspotential entsprechend
größer und die Zeitdauer entsprechend länger. Auf diese Weise werden Änderungen
in der Höhe des Metallspiegels kompensiert, und es wird unabhängig von der Höhe
dieses Spiegels bei jedem Entnahmevorgang eine gleichmäßige Menge geschmolzenen
Metalls aus dem Ofen abgegeben.
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Der Bereich der Entnahmeschaltung kann der Größe des Ofens dadurch
angepaßt werden, daß die Stellung des Schalters 57 im Ausgang der Gleichrichterröhre
47 verändert und daß das Potentiometer 87 entsprechend eingestellt wird. Die Potentiometer
53 und 56 sind Kalibrierungspotentiometer, sie werden nach einmal erfolgter Einstellung
nicht mehr verändert.
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Zusätzlich kann die Schaltung durch genaue Einregulierung der Stellung
des Gleitabgriffes 85 auf dem Potentiometer 74 und des Gleitabgriffes 91 auf dem
Potentiometer 87 zueinander justiert und abgeglichen werden.