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Form mit Seitenwänden aus Stahl zum fortlaufenden Gießen von Gegenständen
aus nichtmetallischen, feuerfesten Massen Bisher hat man zum Gießen von Gegenständen
aus warmen, geschmolzenen, nichtmetallischen, feuerfesten Massen bei hohen Temperaturen
wegen dieser hohen Temperaturen der Schmelzen Formen verwendet, die entweder nur
einmal gebraucht wurden und dann aus einer feuerfesten körnigen Grundmasse bestanden,
z. B. aus Sand mit einem vorübergehend wirksamen Bindemittel, wie Leinöl, oder die
aus mehreren Graphitformteilen zusammengesetzt waren, die für die nachfolgende Verwendung
wieder zusammengebaut wurden.
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Bei der Untersuchung neuer feuerfester Gießmassen im Labor jedoch,
wo die Kosten für die Form von keiner wesentlichen Bedeutung sind, nimmt man häufig
kleine, luftgekühlte Metallformen.
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Es ist bekannt, Metalle in Metallkokillen zu gießen und beim kontinuierlichen
Gießen von Metallen heißere Metallumkleidungen zu verwenden, die man auf verhältnismäßig
gleichbleibender Temperatur hält. Es ist auch üblich, Metallformen bei mäßigen Temperaturen
zur serienmäßigen Formung von Glas zu verwenden, das ein geschmolzenes Gemisch von
Oxyden ist. Beim Heißgießen feuerfester Massen liegen die Gießtemperaturen jedoch
sehr viel höher, im allgemeinen bei über 1700° C, und für Spezialmassen noch viel
höher, bis zu 2400° C. Diese Temperaturen übersteigen die zulässigen Erhitzungsgrenzen
für Formen aus gewöhnlichen Metallen bei weitem. Es lag deshalb nahe, beim Heißgießen
von feuerfesten Gußkörpem beliebiger Größen die Berührungsflächen der Form zu kühlen.
Das kann einmal dadurch geschehen, daß man die Wand sehr massiv herstellt, wobei
in diesem Fall die spezifische Wärme der Form als Wärmesammler wirkt, oder indem
die Wärme von der Rückseite einer dünnwandigen Form durch verstärkte Kühlung, z.
B. durch Luft oder Wasser, abgeleitet wird.
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Es ergab sich jedoch, daß sich trotz verstärkter Kühlung Formen aus
gewöhnlichen Metallen über die zulässigen Grenzen hinaus erwärmen, wenn man sie
zum Gießen heißgegossener, feuerfester Gegenstände benutzt, und daß sich dann Schäden
an der Form nicht vermeiden lassen. Dies ist hauptsächlich auf den begrenzten Wärmeabfluß
durch zu geringe Wärmeleitfähigkeit des Metalls zurückzuführen. Bei Stahl übersteigt
dadurch die Temperatur der Form auf der Innenseite diejenige Grenze, bei der die
Ausdehnungskraft die Streckgrenze des Stahls überschreitet, was Fehlerstellen in
der Oberfläche zur Folge hat. Nimmt man für die Form legierte Stähle, um die Strecktemperatur
zu erhöhen, so sind der Rückgang der Wärmeleitfähigkeit und die Zunahme der Wärmeausdehnung
größer als der dadurch erzielte Gewinn, so daß sich die Ergebnisse noch verschlechtern.
Nimmt man dagegen Kupfer zur Erreichung einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit,
so verursacht die Herabsetzung des Schmelzpunktes an der Aufprallstelle des Gießstroms
eine Unterwaschung des Metalls. Für höherschmelzende, feuerfeste Massen zieht man
deshalb trotz allem doch noch Stahl als Werkstoff für die Formen vor.
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Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen sind andererseits die
Anlagekosten für die Formen möglichst niedrig zu halten, indem man bestrebt ist,
die Formen innerhalb kurzer Zeit möglichst oft wieder zu verwenden. Aus diesem Grunde
nimmt man meist Formen von geringer Masse und kühlt sie verstärkt mit Wasser.
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Zur möglichst raschen Kühlung sind dünne Wände erwünscht; da jedoch
die mit dem Gießling in Verbindung stehende Wandseite sich unvermeidbar stark erwärmt
und sich dadurch ausdehnt, während sich andererseits die Temperatur der gekühlten
Wandseite wenig ändert, ergibt sich eine Verbiegung der Wand; deshalb darf der Querschnitt
nicht zu gering sein,
damit die Wand dieser Verformung widerstehen
kann. Es wurde jedoch festgestellt, daß man die Formoberfläche erheblich verstärken
kann, wenn man eine dünne Wand ringsherum fest an einem starren, hinter der Wand
angebrachten Stützglied anschraubt, wobei nur an den Stellen gekühlt wird, die von
dem Stützglied umrissen werden. Ist die Formwand aber zu dünn, so besteht zwischen
der erhitzten und der gekühlten Oberfläche ein zu großes Temperaturgefälle, und
die Lebensdauer der Form wird durch Zerreißen des Metalls beeinträchtigt. Dabei
hat sich gezeigt, daß für höhere Temperaturen die Wandstärke von Formen aus Stahl
wenigstens 12 mm sein soll. Bei einer zu dicken Stahlwand wird das Temperaturgefälle
an der heißen Oberfläche so stark vermindert, daß bis zu einer beträchtlichen Tiefe
Fehlstellen in der Oberfläche auftreten, der Stahl bei nachfolgender Kühlung springt,
wodurch sich Risse bilden, die ebenfalls einen frühzeitigen Ersatz bedingen. Vorzugsweise
nimmt man deshalb Stahlwände von nicht mehr als 40 mm Stärke.
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Bei diesen gegebenen Beschränkungen und insbesondere durch die Notwendigkeit,
Verformungen der Formplatten zu verhindern, wird offensichtlich, daß sich dieses
Gießverfahren am besten zur Herstellung kleiner Gießformen eignet. Die gewöhnliche
Größe eines Normalziegels in Deutschland liegt jedoch bei 25 - 12,5 - 6,5 cm. Es
ergab sich, daß diese sich in Metallformen praktisch formen lassen, wenn die Form
aus einzelnen Seiten- und Bodenplatten besteht, um die einzelnen Teile möglichst
klein zu halten. Bei größeren oder dickeren Formplatten kann man eine verlängerte
Lebensdauer erzielen, wenn man die Rückseite der Platte mit einer sich längs erstreckenden
Einkerbung versieht, wodurch die Platte an einer begrenzten Stelle dünner wird und
sich den wechselnden Temperaturen anpaßt, während an den anderen Stellen die größte
Festigkeit beibehalten wird.
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Wegen der Temperaturschwankungen, denen im Betrieb die Form selbst
ausgesetzt ist, hat sich das Kühlen der Platten als überraschend schwierig herausgestellt.
Es erwies sich als undurchführbar, in den Platten selber Kanäle für das Wasser vorzusehen,
da die Platten mitunter reißen und dann durch den feinsten Riß genügend Wasser durchsickert,
um beim Zusammentreffen mit den geschmolzenen Oxyden in der Form schwere Explosionen
zu verursachen. Bringt man jedoch an der Rückseite der Platte zur Verringerung der
Entfernung zwischen den Kanälen und der heißen Oberfläche Einkerbungen an und fügt
man durch Schweißen oder unter Verwendung O förmiger Ringe die rückwärtige
Stützplatte als weitere Schicht an, so arbeitet und bewegt sich das Ganze beim Gießen
noch so stark, daß lästige Risse entstehen, dieser Weg ist deshalb ebenfalls nicht
geeignet.
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Eine Behebung der erwähnten Schwierigkeiten gelang erst durch die
vorliegende Erfindung, die eine Form mit Seitenwänden aus Stahl zum fortlaufenden
Gießen von Gegenständen aus warmen, geschmolzenen, nichtmetallischen, feuerfesten
Massen betrifft. Die Form nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede
Seitenwand längs ihrer Außenfläche eine gerade Kerbe hat und eng mit jeder Außenfläche
der Seitenwände ein etwa U-förmiges Flüssigkeitskühlrohr verbunden ist, wobei das
geschlossene Ende des U um das eine Ende der Kerbe herum verläuft, während die beiden
Enden des U wenigstens bis zu den gegenüberliegenden Rändern der Seitenwände reichen.
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Wenn eine solche Form zum Gießen rechteckiger Gegenstände dienen soll,
so werden vorzugsweise zwei L-förmige, hinter den Seitenwandungen gelegene Stützglieder
vorgesehen, die jeweils zwei der genannten Seitenwände abstützen, wobei die aneinanderstoßenden
Seitenwände mit ihren Kanten an den Verbindungsstellen der Stützglieder ineinandergreifen
und mit diesen fest verankert sind.
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Formen der erwähnten Art können ferner noch Verschiebeeinrichtungen
enthalten, um entweder bei geschlossener Form zuerst das Stützglied gegenüber dem
anderen in Richtung einer waagerechten Diagonale des Formhohlraumes herauszuziehen,
es dann um eine senkrechte Achse zu drehen und schließlich noch weiter zurückzuziehen
oder die umgekehrte Bewegung auszuführen. Hierbei kann die Drehvorrichtung aus einer
Kupplung bestehen, deren eines Gelenk an einem Ende durch ein Kugellager mit dem
beweglichen Stützglied verbunden ist.
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Durch diese Art der Ausführung des Formenaufbaus wird es möglich,
das, was sonst bei schlechtem ursprünglichem Aufbau oder bei fortschreitender Abnutzung
der Form leicht eintritt, zu vermeiden. Durch diese Abnutzung können kleinere Mengen
der geschmolzenen feuerfesten Masse an den Kanten auslaufen, an denen einzelne Formteile
ineinandergreifen. Die Folge ist die Bildung von Gußnähten, die den Gußkörper fest
gegen die Formplatten klemmen und deren Abnutzung noch erhöhen. Bei der Form nach
vorliegender Erfindung treten derartige Gußnähte nicht auf, und dadurch schafft
die unterschiedliche Bewegung zwischen sich erhitzenden und dabei ausdehnenden Formteilen
und dem sich abkühlenden und dabei zusammenziehenden Gußkörper alsbald einen Zwischenraum,
der eine überraschend wirksame Sperre für einen zu raschen Wärmeabfluß ist.
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Wenn man die beiden Formhälften nur einfach drehbar anlenkt, um den
Gußkörper entfernen zu können, so ist dies wegen der erwähnten Gußnahtbildung auch
keine befriedigende Lösung, und zwar schon aus dem Grunde, weil die Entfernung der
Gußnähte nach dem Erkalten mitunter auf Schwierigkeiten stößt.
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Werden jedoch beim Öffnen die Gelenkglieder seitlich von dem feststehenden
L förmigen Glied zurückgezogen und werden sie zudem teilweise gedreht, dann kommt
beim Wiederschließen eine gesteuerte schwebende Bewegung zustande, die einen festen
Sitz sichert. Um zu verhindern, daß sich Scherben an dem Sitz dazwischenklemmen,
kann man für das endgültige Schließen eine starke Kraft einwirken lassen, z. B.
hydraulischen Druck, ohne daß dabei die Gefahr einer Schädigung der Formplatte an
den Kanten besteht.
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Da sich in den meisten heiß gegossenen, feuerfesten Gegenständen beim
Abkühlen Saugtrichter entwickeln, baut man die Formen mit senkrechter Längsachse,.
wodurch sich die Trichter mehr zur Spitze des Gießlings hin konzentrieren. Die Spitze
kann man dann z. B. durch Sägen entfernen, falls ein dichteres Produkt gewünscht
wird. Wenn in einem Gußkörper keine Saugtrichter entstehen, so wird die Form ebenfalls
so gebaut, daß die Längsachse senkrecht steht, da in diesem Fall die kleinste Fläche
weniger gut geformt ist oder die kleinste Fläche, falls
dies geschehen
sollte, von oben her festgestampft werden kann. In jedem Fall bietet bei senkrechter
Stellung des Gußkörpers der Formboden weniger Schwierigkeiten, da er eine verhältnismäßig
kleine Standfläche hat, die leichter abkühlen kann. Günstiger ist jedoch eine mit
Flüssigkeit betriebene Form nach der Erfindung, die ebenfalls eine Standfläche dieser
Art hat.
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Es ist zwar bereits ein Verfahren bekanntgeworden, um unerwünschte
Verformungen von gegossenen Schlackengegenständen beim Abkühlen zu vermeiden, wobei
Formen aus Metall mit guter Wärmeleitungsfähigkeit und Wasserumlauf in eingebauten
Kanälen benutzt werden und wobei eine oder mehrere Flächen der Formen während des
Erstarrens weniger als die übrigen Flächen abkühlen. Dies hat mit der vorliegenden
Erfindung schon aus dem Grunde nichts zu tun, weil sich dieses bekannte Verfahren
auf die Herstellung von Gußkörpern aus verhältnismäßig niedrig schmelzenden Schlacken
bezog, wobei die großen Schwierigkeiten nicht auftreten, die bei der Gußverformung
von feuerfesten Massen mit Schmelzpunkten von 1700° C und darüber unvermeidlich
sind. Außerdem besteht bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art immer die Gefahr,
daß Wasser in Berührung mit den gegossenen Körpern kommt, was bei Schlackenkörpern
vielleicht nicht so gefährlich ist, beim Gießen feuerfester Massen jedoch mit Sicherheit
Anlaß zu schweren Explosionen wäre.
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Durch das folgende Beispiel, das sich auf eine spezielle Ausführung
einer Formeinrichtung bezieht, wird die Erfindung noch näher erläutert.
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Fig. 1 der Zeichnung stellt eine Draufsicht auf eine Form nach der
Erfindung mit Flüssigkeitskühlung und mit L-förmigen Stützgliedern dar; Fig. 1 a
ist ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie 1 a-1 a der Fig. 1; Fig.
2 stellt die Außenansicht einer Seitenwand der Form im Aufriß dar; Fig. 3 zeigt
einen Queraufriß entlang der Linie 3--1
eines Teils der Form der Fig. 1, wobei
der Formboden und die Flüssigkeitskühlung der Anlage vollständig zu sehen sind.
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Nach der Zeichnung besteht die Form aus eisernen, Ergänzungswinkel
bildenden oder L-förmigen Stützgliedern 11 und 15, die die Seitenwände
abstützen und deren Länge mit der des zu gießenden Barrens übereinstimmt. Vorzugsweise
enthalten die Glieder 11 und 15 Kanäle, durch die Kühlwasser strömen kann, um sie
durch Abkühlen von übermäßiger Erwärmung durch daraufspritzende, geschmolzene, feuerfeste
Massen zu schützen. Das Glied 11 liegt in einer Linie mit den Seitenwänden
25 und 26, deren aufeinandertreffende Kanten 25' und 26' ineinandergreifen und deren
gegenüberliegende Ränder durch eine Reihe von Schrauben 27 fest in dem Glied 11
verankert sind. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die größere Seitenwand 26
vorzugsweise auch durch Schrauben 27 mit dem L-förmigen Glied längs der Kante 26'
verbunden, die in die Kante 25' der Seitenwand 25 eingreift. Das Glied 15 ist in
gleicher Weise mit den entsprechenden Seitenwänden 28 und 29 verbunden.
Jede Seitenwand enthält in der Mitte zwischen den seitlichen Rändern eine Kerbe
30, die sich von einem Punkt unterhalb des oberen Endes bis zum unteren Ende erstreckt,
und enthält ein U-förmiges, aufgelötetes Kupferrohr 33. Die Enden des Rohres
33 ragen über die Seitenwand hinaus zur Verbindung mit einem Kühlsystem, das Kühlflüssigkeit
zuführt und zirkulieren läßt.
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Das L-förmige Glied 11 ist mit einer geeigneten Stützvorrichtung 13
verbunden, während das L-förmige Glied 15 von einem Haltearm 16 getragen wird, der
durch eine Welle 17 und ein sich selber einstellendes Kugellager 18 mit einem
Ende eines beweglichen Gelenks 19 gekoppelt ist. Das Gelenk 19 ist an seinem anderen
Ende mit einem Ende eines zweiten Gelenkes 20 gekuppelt, dessen anderes Ende an
einer Welle 21 befestigt ist. Diese Welle 21 ist in einem Flanschlager 31
gelagert. Die Kolbenstange 22 einer mit Flüssigkeit arbeitenden Anlage 23 ist in
ähnlicher Weise durch ein Gelenk 24 mit der Welle 21 verbunden. Wie aus den beschriebenen
Kupplungen hervorgeht, kann die Anlage 23 das L-förmige Glied 15 so bewegen, daß
sein Weg im allgemeinen mit einer Linie übereinstimmt, die sich durchweg diagonal
von der Form weg erstreckt, während es sich bis zu einem gewissen Grad um das Kugellager
18 drehen kann, wodurch es möglich wird, den Barren aus der Form herauszunehmen.
Die L-förmigen Glieder 11 und 15
sind weiterhin mit Steckstiften 34
versehen, die an dem Ansatz 35 des Gliedes 11 befestigt sind und in Öffnungen im
Ansatz 36 des Gliedes 15 hineingleiten, wodurch der Halt des Gliedes 15 und seine
genaue Ausrichtung mit dem Glied 11 unterstützt werden.
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Wie aus Fig. 3 hervorgeht, enthält die Form eine Bodenplatte 38, die
genau zwischen die Seitenwände 25, 26, 28 und 29 paßt, wenn die L-förmigen
Glieder 11 und 15 in geschlossener Stellung sind. Die Bodenplatte 38 hat
Kanäle für eine Wasserkühlung und ruht auf der Kolbenstange 39 einer mit einer Druckflüssigkeit
arbeitenden Hebeeinrichtung 40, die in der Weise arbeitet, daß sie einen
in der Form hergestellten Gußkörper, nachdem er durch Öffnen der Glieder 11 und
15 durch die Anlage 23 von den Seitenwänden gelöst worden ist, hochheben kann.
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Nach dem Eingießen der Schmelze in die Form bewirkt die schnelle Kühlwirkung
der Seiten- und Bodenwände auf die geschmolzene Masse, daß sich durch die erste
Abkühlung eine feste Schale um die Gußmasse bildet, die die Formwände gegen weitere,
zu schnelle Wärmeableitung isoliert und die andererseits stark genug ist, um die
noch flüssige Schmelze in sich festzuhalten. Darauf trennt man die Glieder
11 und 15 voneinander. Die Schale, die noch teilweise flüssige Schmelze
enthält, wird in der Form hochgehoben und kann erfaßt und aufrecht stehend in einen
Temperofen befördert werden.