-
B e s c h r e i b u n g Gerät zum Aufnehmen der Abkühlungskurve eines
geschmolzenen Materials.
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät, mittels dessen die Abkühlungskurve
geschmolzener Materialien durch eine Anzeige von Phasenänderungen aufgenommen werden
kann. Es ist Aufgabe der Erfindung einen jeweils nur für den einmaligen Gebrauch
bestimmten Phasenänderungsdetektor vorzusehen, der mit besonderem Vorteil in Industriebetrieben
verwendet werden kann, wenn der Nachweis von Phasenänderungen als Anhaltspunkt fUr
die Qualitätsüberwachung oder zu Forschungszwecken dient.
-
Eine Anwendbarkeit der Erfindung ist insbesondere bezuglich des Aufnehmens
einer Abkühlungskurve für geschmolzene Metalle wie Gußeisen oder Gußstahl gegeben.
Beispeilsweise ermöglicht bei der Herstellung von Erzeugnissen aus GrauguB die Untersuchung
der ErstarrungseigenschEften die Bestimmung des Wertes des Kohlenstoffäquivalents
beim Gu3eisen. Die Festigkeitseigenschaften von Grauguß richten sich in einem erheblichen
AusmaB nach dem Wert des Kohlenstoffäquivalents.
-
Dieser Wert bestimmt, ob das Eisen in der erwünschten Weise als graues
Gußeisen erstarrt oder aber als weißes Gußeisen.
-
Ein Verfahren zum Bestimmen der Zusarlmensetzung und der Härte von
Eisen besteht in der chemischen Analyse, wie sie in der Arbeit"Rapid Control Test
for Carbon Xquivalent"von D. E.
-
Krause in"Foundry" (Mai 1962) beschrieben ist. In der genannten Arbeit
wird auf die Unzuverlässigkeit der Ergebnisse der chemischen Analyse hingewiesen,
und es wird eine Prüfung des Kohlenstoffäquivalents beschrieben, die auf der Messung
der thermischen Haltepunkte bzw. der Phasenänderungstemperaturenbeim Erstarren einer
Gußeisenprobe basiert. Die Phasenänderungstemperaturen entsprechen der anfänglichen
Ausscheidung von Austenit aus der flüssigen Schmelze und der endgiiltigen Erstarrung
der verbleibenden eutektischen flüssigen Komposition. Diese Versuche wurden unter
Verwendung von Sandkernformen durchgeführt, die jeweils zwei Hälften mit gesonderten
Thermoelementen umfassen und durch den Benutzer zum Gebrauch miteinander verspannt
werden müssen. Derartige Sandformen sind von relativ komplizierter Konstruktion
; sie umfassen eine etwa U-förmige Kammer mit einem oberen Behälterraum, der als
Überlauf wirkt und es ermöglicht, das zuerst in die Form gegossene Metall zum Vorwärmen
des Thermoelements und des die Form bildenden Sandes zu benutzen.
-
Zwar lassen sich mit Hilfe dieser Sandformen befriedigende Srgebnisse
erzielen, doch lassen sie vieles zu wünschen übrig.
-
Die Herstellung der Sandformen ist zeitraubend, und der Einbau des
gesonderten Thermoelementaggregats muß sorgfältig durchgeführt werden. Außerdem
muß man darauf achten, daß die Leitungen des Thermoelements mit der richtigen Polung
angeschlossen werden. Die Erfindung vermeidet nunmehr diese Schwierigkeiten und
Nachteile dadurch, daB sie einen fabrikmäßig hergestellten, nur fUr den einmaligen
Gebrauch bestimmten Detektor vorsieht, der als Bestandteile ein Thermoelement und
einen Becbgcteil zum Aufnehmen des zu untersuchenden Materials umfaßt.
-
Der erfindungsgemaße Detektor läß8sich mit relativ geringen Kosten
herstellen und bildet ein gebrauchsfertiges Aggregat, das mit Hilfe eines Steckers
mit einer Temperaturmeßschaltung verbunden werden kann.
-
Die Erfindung sieht gemäß einem ihrer Merkmale ein Gerät zum Aufnehmen
einer AbkUhlungskurve für ein geschmolzenes Material vor, das ein Becherteil und
einen durch dieses unterstützten Temperaturfühler umfaßt. Der Temperaturfühler erstreckt
sich von einem Ende des Becherteils aus über eine vorbestinkmte Strecke, und durch
mindestens einen Teil des Bechers erstrecken sich elektrische Leitungen zum entgegengesetzten
Ende des Bechers, wo sie eine Steckerkonstruktion bilden, die vom anderen Ende des
Bechers aus zugänglich ist. Der Becher benutzt eine rohrförmige Wandkonstruktion,
die zusammen mit dem Becherteil eine flüssigkeitsdichte Kammer abgrenzt, innerhalb
deren der Temperaturfühler angeordnet ist. Die Länge der rohrförmigen Wandkonstruktion
ist erheblich gröBer als die vorbestimmte Strecke, tuber welche der Temperaturfühler
Uber das Becherteil hinausragt. Die rohrförmige Wandkonstruktion und das Becherteil
bestehen aus einem Material, das die Eigenschaft hat, die AbkWhlung einer von dem
Becher aufgenommenen Probe aus geschmolzenem Material so weit zu verzögern, daß
die thermischen Haltepunkte entsprechend der Reaktionsgeschwindigkeit des Temperaturfühlers
nachgewiesen werden können. Die Tiefe des Bechers steht in Beziehung zu der vorbestimmten
Strecke, über welche der Temperaturfühler gegenüber dem Becherteil vorsprint, so
daß die Temperaturfühler vom Material der Probe umschlossen bleibt und sich in jedem
Falle unterhalb des Lunkers befinden, der in der Probe während der AbkUhlung entsteht.
-
Wenn das Becherteil ein von der rohrförmigen Wandkonstruktion getrenntes
Bauteil. bildet, ist die Außenfläche des Becherteils, welche an der Innenfläche
der rohrförmigen Wandkonstruktion angreift, konisch ausgebildet, d. h. sie geht
von einem großen Querschnitt in einen kleineren Querschnitt über,
wobei
sich der kleinere Quersohnitt an demjenigen Ende des Beoherteile befindet, von welohem
aus sich der Temperaturfühler erstreckt, so daB ein konischer Sitz fUr die rohrförmige
Wandkonstruktion vorhanden ist.
-
Die Erfindung sowie vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden
im folgenden anhand schematisoher Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
-
Fig. 1 zeigt perspektivisoh einen Sockel mit einem in den Sockel
einsteckbaren erfindungsgemäßen Detektor.
-
Fig. 2 zeigt in größerem Maßstabe als auseinander gezogener Längsschnitt
eine bevorzugte Ausbildungsform eines Bechers zum Aufnehmen der Materialprobe und
der elektrischen Anschlüese.
-
Fig. 3 zeigt in noch größerem Maßstabe im Längeschnitt eine abgeänderte
Aushildungsform eines Detektors mit einem Anschlußstecker.
-
In Fig. 1 erkennt man einen nur zum einmaligen Gebrauch bestimmten
Phasenänderungsdetektor 10, der an seinem unteren Ende durch einen Sockel 11 unterstützt
wird. Der Sockel umfaßt einen Basisteil 12, der gemaß Fig. 1 als Rohrflansch ausgebildet
und durch einen Gewindestutzen 13 mit einem LeitungeanschlußstUck 14 verbunden ist.
Das Anschlußstück 14 trdgt ein seitlich nach außen ragendes Rohr 15, dessen äußeres
Ende mit einer elektrischen Steckerverbindung 16 versehen ist. An die Steckerverbindung
16 sind gemäß Fig. 2 Leitungedrähte 22 und 23 angeschlossen, die sich durch das
Rohr 15 und durch das Anschlußstack 14 nach oben zu einem Verbindungsstück 17 erstrecken,
das ein elektrisches AnschluBorgan enthalt, dessen Einzelheiten aus Fig. 2 ersichtlich
sind.
-
Gemaß Figw 2 ist das AnschluBstUck 17 mit einem Isolator 18 versehen,
der in dem Anschlußstück durch einen Stift 19 festgehalten wird. Der Isolator 18
kann aus einem beliebigen geeigneten elektrisch isolierenden Material, z. B. aus
einem keramischen Material, bestehen und weist zwei durch einen Abstand getrennte
Kontaktringe 20 und 21 auf. Sine der Drahtleitungen, nämlich die Leitung 22, ist
mit dem Ring 20 verbunden, und die andere Leitung 23 ist an den Ring 21 angeschlossen.
-
Gemä Fig. 2 umfaßt der Detektor 10 ein Gehäuseteil 25 aus keramischem
Material mit einer durchgehenden Offnung, die eine Lrweiierung 27 von vorbestimmter
Tiefe umfaßt, welche die Temperaturfahlmittel 28 aufnimmt. Bei den Temperaturfühlmitteln
handelt es sich gemma3 Fig. 2 um ein Thermoelement mit Drähten 28a und 28b der Drahtstärke
22 aus Chromnickel-Aluminiumnickel, deren Enden oben zusammengedreht sind und einen
temperaturempfindlichen Abschnitt 28c bilden, wobei die freien Enden der beiden
Drähte durch zwei Kanäle eines Isolierkörpers 29 verlaufen. Der rohrförmige Isolierkörper
29 kann aus einem beliebigen geeigneten Material, z. B. aus geschmolzenem Quarz,
bestehen. Der temperaturempfindliche Teil 28c ragt über das obere Ende des Isolators
29 hinaus, und die Drahtleitungen des Thermoelements 28 sind in die Kanäle des Isolators
29 mit einem hitzebeständigen Kitt 30 eingekittet ; zur Herstellung des Kitts wird
z. B. kAnstlicher Korund verwendet. Das untere Ende des isolierenden Rohrs 29 ist
in der Bohrungserweiterung 27 angeordnet und damit durch einen gee. igneten feuerfesten
Kitt 31, z. B. Korundkitt, verbunden ; die unteren Enden der Thermoelementleitungen
28a und 28b ragen aus der Bohrung des Gehäuseteils 25 heraus und in einen rohrfUrmigen
Isolator 32 hinein, der von einer Bohrungserweiterung 33 am unteren Ende des Gehäuaeteils
aufgenommen wird. Das rohrförmige Bauteil 32 besteht aus Hartpapier oder einem anderen
geeigneten elektrisch
isolierenden Material und ist mit Einschnitten
32a und 32b zum Aufnehmen der Enden der Thermoelementleitungen 28a und 28b versehen
; diese Leitungen sind gemäB Fig. 2 so nach außen umgebogen, daß sie elektrische
Kontakte bilden. Der axiale Abstand zwischen den oberen Ende der Einschnitte 32a
und 32b des rohrförmigen Bauteils 32 entspricht dem Abstand der mit den Kontaktabschnitten
der Thermoelementleitungen zusammenarbeitenden Kontaktringe 21 und 20 des Unterbaus
11. Diese Konstruktion gewährleistet, d-aß die richtige Polung der Thermoelementanschldsse
beim Anechließen an ein Meßgerät ohne Rücksicht auf die räumliche Lage des Detektore
10 eingehalten wird. Es sei bemerkt, daß die Kontaktringe 20 und 21 sowie die Leitungen
22 und 23 aus dem gleichen Material bestehen wie die Thermoelementdrähte 28a und
28b. FUr den Fachmann liegt es jedoch auf der Hand, daß man dann, wenn die Thermoelementdrähte
aus einem Edelmetall bestehen, kompensierend wirkende Materialien fUr die Zuleitungsdrähte
verwenden kann.
-
Gemäß Fig. 2 hat das untere Ende des GehEuseteils 25 einen größeren
Durchmesser als das obere Ende, so daß ein konischer Sitz 25a zum Aufnehmen des
unteren Endes der rohrförmigen Wandkonstruktion 34 vorhanden ist. Die rohrförmige
Wandkonstruktion 34 und das Gehäuseteil 25 bilden zusammen eine flüssigkeitsdiohte
Kammer, innerhalb deren der temperaturempfindliche Teil 28o der emperaturfühlmittel
28 angeordnet ist. Da das Gehkuseteil 25 auf seiner Außenseite in der beschriebenen
Weise konisch geformt ist, kann man die zylindrische Wand 34 gengend fest auf das
Gehäuseteil 25 aufsohieben, so daß eine Abdichtung zwischen den beiden Teilen bewirkt
wird, wobei der Rohrkörper 34 so fest in seiner Lage gehalten wird, als ob er einen
Bestandteil des Gehäuseteils 25 bildete.
-
Bei einer Ausbildungsform der Erfindung umfaßt die Rohrkonßtruttion
34 ein dünnwandiges, kreisrundes inneres Stahlrohr 34a. Die Außenfläche diesels
Stahlrohrs ist mit einem tErisolierenden Material 34b dberzogen, bei dem, es sich
z. B. um
ein mit keramischem Material imprCgniertes Asbestband handelt.
-
Bei einer Ausbildungsform der Erfindung hat das Stahlrohr 34a einen
Innendurchmesser von etwa 38 mm, und eine Wandstärke von etwa 0, 3 mm, und es ist
mit einer doppelten Schicht aus mit einem keramisohen Material gesättigtem Asbestband
bedeckt, dessen Dicke etwa 2,5 mm beträgt, und das sohraubenlinienfdrmig auf das
Stahlrohr gewickelt ist. Vor dem Aufwikkeln des Asbestbandes wird das Stahlrohr
mit einem keramischen Kitt dberzogen.
-
Die Lange des Rohrs 34 steht in einer solchen Beziehung zu der Strecke,
um welche der temperaturempfindliche Teil 28c über die obere Stirnfläohe des Gehäuseteils
25 hinausragt, daß die Kammer zum Aufnehmen der Probe aus gesohmolzenem Metall oder
einem anderen geschmolzenen Material eine ausreichende Tiefe erhält bei der der
temperaturempfindliche Teil 28c vom Material der Probe umschlossen bleibt und sich
stets unterhalb eines Lunkers befindet, der sich in der Probe während der Abkdhlung
bilden könnte. Bei einer Ausbildungsform mit besonderer Eignung zum Aufnehmen der
Abkühlungskurve von Eisen wurde ein Rohr mit einer Länge von etwa 100 mm auf ein
Gehäuseteil 25 derart aufgepreßt, daß eine Kammer mit einer Tiefe von etwa 90 mm
fUr das den temperaturempfindlichen Teil 28c umgebende geschmolzene Metall entstand.
Der Innendurchmesser des Metallrohrs 34a betrug etwa 40 mm, und der temperaturempfindliohe
Teil 28c war in einem Abstand von etwa 55 mm unterhalb des offenen oberen Endes
der Kammer angeordnet. Die Kammer hat somit relativ kleine Abmessungen, und ihr
Rauminhalt betrdgt weniger als etwa 165 em Zwar zeigt Fig. 2 eine Ausbildungsform
mit einem getrennt hergestellten Rohr 34, doch sei bemerkt, daß dieses Rohr auoh
mit dem Gehäuseteil 25 aus einem Stück bestehen und beide Abschnitte aus einem keramischen
Material oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein könnten. Innerhalb
des äußeren Rohres aus keramischem Material kann man eine donne Auskleidung
34a
aus Metall anordnen. Ferner sei bemerkt, daB das abnehmbare Rohr 34 nach Fig. 2
nach Wunsch entweder im Herstellerwerk oder aber am Verwendungsort mit dem Gehäuseteil
25 vereinigt werden kann.
-
Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen,
für nur einmaligen Gebrauch bestimmten Phasenänderungsdetektors. Bei dem insgesamt
mit 1QA bezeichneten Detektor handelt es sich um eine becherförmige Konstruktion
in Form einer monolithischen Masse aus Sand mit einem Harzbindemittel. Der Becher
40 umfaßt einen Boden 40a und eine Seitenwand 40b, die zusammen eine Kammer zum
Aufnehmen des geschmolzenen Materials abgrenzen. Die Außenfläche des Bodens 40a
trägt einen Fortsatz 40c, der als Unterstützung für die elektrischen Kontakte des
Thermoelements wirkt. Es hat sich gezeigt, daß man die Wände 40a,. 40b und 40c der
Becherkonstruktion 40 relativ dünn ausbilden kann, und daß man trotzdem eine ausreichende
Festigkeit erhält, um das Einbringen des geschmolzenen Metalls zu ermöglichen. Im
Hinblick hierauf kann man den Becher 40 nach dem Mantelformverfahren herstellen.
Bei diesem Verfahren wird eine dünnwandige Mantelform dadurch erzeugt, daB man ein
erhitztes Modell oder Formwerkzeug aus Metall mit einem Gemisch aus Sand und einem
Harzbindemittel überzieht. Als Bindemittel verwendet man ein mittels Wärme härtbares
Harz, z. B. ein Phenolformaldehydharz. ian kann die dünnwandige Mantelform auf verschiedene
Weise herstellen ; ein geeignetes Verfahren besteht darin, daß man den Sand mit
dem Harzbindemittel in den Hohlraum des Modells oder Werkzeuge einbläst ; die so
hergestellte dünnwandige Form kann hierauf vollständig gehärtet werden, indem man
sie etwa drei Minuten lang auf einer Temperatur von 300°C hält. Nach dem Erhitzen
kann man den dünnwandigen Mantel aus dem Sandmaterial vom Modell oder Werkzeug abheben.
Zwar besteht der Becher 40 im wesentlichen aus Sand, doch handelt es sich um eine
selbsttragende Konstruktion, die keiner zusätzlichen Abstützung bedarf, während
das geschmolzene Metall eingefüllt wird. Hierin liegt ein Vorteil des manteformverfahrens
gegenüber dem gewöhnlichen Verfahren der
Verwendung eines Kerns
bei der Herstellung einer Form aus Sand ; in Verbindung mit anderen Merkmalen der
Erfindung iiefert das Mantelformverfahren ein mit geringen Kosten herstelibares,
nur für den einmaligen Gebrauch bestimmtes Aggregat mit einer Steckei-verbmdung.
Nähere Einzelheiten über das beschriebene Mantelformverfahren finden sich in der
Veröffentlichung"Tool and Manufacturing Engineering", Band 46, Januar 1961 und den
auf Seite 116 dieser Veröffentlichung angegebenen Quellen.
-
Die in Fig. 3 gezeigten Temperaturfühlmittel 28 sind im wesentlichen
ebenso ausgebildet wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ; daher sind in Fig.
2 und 3 einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
-
Die unteren Enden der Thermoelementdrähte 28a und 28b erstrecken
sich durch den 30den 40a des Bechers 40 in den rohrförmigen For-tsatz 40c hinein,
der auf einander diametral gegenüber liegenden deiten mit Ausschnitten zum Aufnehmen
der Enden der beiden Drähte versehen ist ; die Drähte sind in der gezeigten nach
außen umgebogen, so da3 sie elektrische Kantaktee bilden. Diese Kontakte können
an den zugehörigen Kontaktringen 21 und 20 des Unterbaus 11 angreifen, dessen oberes
Ende im unteren Teil von Fiv. 2 im Längsschnitt gezeigt ist.
-
Wenn man den Boden 4-Oa als Bestandteil der Seitenwand 40b ausbildetg
wird die Gefahr des Auftretens von Undichtigkeiten zwischen den Teilen des Bechers
vermieden. Wenn man ferner den Kontaktträger 40c an den Boden 40a anarbeitet, wird
die Zahl der Hontagearbeitsgänge auf ein Mindestmaß verringert.
-
Das Gerät 10A nach Fig. 3 hat ein relativ geringes Gewicht ; hieraus
ergeben sich Vorteile bezüglich des Versandes. Es hat sich gezeigt, daB eine monolithische.
die ohne zusätzliche Abstützang aus Sand und einem Harzbindemittel mit einer Wandstärke
in der Größenordnung von etwa 2, 5 mm hergestellt
wird, ausreicht,
um das geschmolzene Material während des Eingießens in den Becher aufzunehmen und
es während einer Zeitspanne zusammenzuhalten, innerhalb deren sich an der wu. 3enseite
des Metalls ein mante aus erstarrtem Material bildet, bevor der Becher zu zerfallen
beginnt.
-
Patentansprüche