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Beim stetigen Einführen von Metallschmelzen in kontinuierlich arbeitende
Apparaturen wie z. B.
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Destillationsöfen ist es notwendig oder wünschenswert, die pro Zeiteinheit
einfließende Metallmenge genau zu kennen und auch - um eine Anpassung an das Aggregat
zu erreichen - diese Menge möglichst stufenlos regulieren zu können.
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Diese Aufgabe konnte bisher nur unzureichend gelöst werden. Man hatte
lediglich die Möglichkeit, die im freien Ablauf oder durch Metallpumpen geförderte
Schmelze über eine genormte Blende einzuführen, wobei jedoch der wechselnde Füllstand
im Schmelzkessel und die wechselnden Druckverhältnisse im Ofen Ungenauigkeiten brachten.
Eine Veränderung oder gar stufenlose Veränderung der Beaufschlagung bei gleichzeitiger
Kenntnis der pro Zeiteinheit zugeführten Menge war nicht möglich.
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Eine solche stufenlose Regulierung war nur durch die Benutzung von
bei hohen Temperaturen brauchbaren und verstellbaren Ventilen möglich, wobei jedoch
die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Dosierung verloren ging. Alle sonst für
Flüssigkeiten einsetzbaren Durchflußmesser versagen bei den für Metallschmelzen
notwendigen hohen Temperaturen.
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Eine weitere Notwendigkeit, über exakt abgemessene Mengen einer Metallschmelze
verfügen zu können, besteht bei der Herstellung von Metallpellets (bis zu einigen
hundert Gramm). Hier konnten bisher nur konventionelle Gießverfahren mit entsprechenden
Ungenauigkeiten verwendet werden, die verhältnismäßig lohnintensiv sind.
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Das erfindungsgemäße Dosiergerät gibt zum ersten Mal die Möglichkeit
einer praktisch stufenlosen, regulierbaren Durchflußmenge von schmelzflüssigen Metallen
(bis zu Temperaturen von etwa 6000 C) und der exakten Abmessung von kleineren Metallmengen,
etwa zum Zwecke der Pelleterzeugung. Das Gerät arbeitet in beiden Fällen vollautomatisch.
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Es sind verschiedene Ausführungsformen möglich für die Aufgabengebiete:
1. Beschickung eines unter Vakuum stehenden Raumes (Ofens) mit einer Metallschmelze,
2. Beschickung eines unter Normaldruck stehenden Raumes (Ofens), 3. Metallmengenabmessung
bei der Erzeugung von Pellets.
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Die der Erfindung zugrunde liegende prinzipielle Konstruktion (abt.
1) für diese Einsatzgebiete ist die gleiche; sie ist gekennzeichnet dadurch, 1.
daß die Dosiereinrichtung auf dem Boden des Schmelzkessels (1) fixiert ist, aus
welchem flüssiges Metall dosiert werden soll und dadurch, daß diese Dosiereinrichtung
von der zu dosierenden Schmelze (2) bedeckt ist, 2. daß diese Dosiereinrichtung
aus einem konischen Ventilsitz (3) aus Stahl mit zwei um einen bestimmten Winkel
(z. B. 900) versetzten Nuten (4, 5) besteht, in welchen ein kegelförmiges Küken
(6) aus Graphit eingepaßt ist, welches eine zur Drehachse schräg verlaufende Bohrung
(7) trägt. Das obere Ende der Bohrung gleitet bei der Drehung des Kükens an der
oberen Nut (4) vorüber, das untere Ende (nach weiterer Drehung um 900) an der unteren
Nut (5).
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Ist nun dafür gesorgt, daß die Bohrung vor der Füllung mit der Schmelze
evakuiert ist und das Küken in geeigneter Weise um seine Längsachse in Drehung versetzt
wird, so fließt pro Umdrehung des Kükens die dem Volumen der Bohrung entsprechende
Menge an Schmelze nach unten aus dem Schmelzkessel ab. Die dosierte Metallmenge
ist der Drehzahl direkt proportional. Die Drehzahlanzeige läßt sich damit auf eine
Mengenanzeige unter Berücksichtigung des spezifischen Gewichtes der Schmelze umeichen
(s. Ab b. 2, Pos. 9).
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Für die obengenannten Aufgabengebiete gibt es folgende erfindungsgemäße
Ausführungsformen: 1. Vorrichtung zur Beschickung eines unter Vakuum stehenden Raumes
(Ofens) mit einer Metallschmelze (Abb.2). - Auf dem Boden eines mit einer elektrischen
Widerstandsheizung (8) versehenen Schmelzkessels (1) ist das oben beschriebene Ventil
fixiert. Der Antrieb des Kükens durch ein Regelgetriebe (9) mit Drehzahlmesser erfolgt
über zwei Kupplungen, von denen die eine (10) die Aufgabe hat, den notwendigen axialen
Anpreßdruck zu erzeugen und die andere (11) diesen Druck auf einen in der Drehachse
liegenden Punkt des Kükens zu übertragen, um Verkantungen und damit Undichtigkeiten
zu vermeiden. Der Ventilausgang ist mit dem unter Vakuum stehenden Ofen (12) über
ein kurzes Rohrstück verbunden. Ein besonderes Absperrventil zwischen Schmelzkessel
und Ofen kann entfallen, da - bedingt durch die Wahl der Ventilmaterialien - eine
vollständige Dichtigkeit bei stillstehender Dosiereinrichtung gegeben ist, und zwar
unabhängig davon, in welcher Position sich das Graphitküken gerade befindet.
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Beim Dosieren wird das notwendige Vakuum in der Kükenbohrung durch
das Vakuum in dem zu beschickenden Ofen erzeugt und aufrechterhalten. Die Bohrung
kann, um einer vollkontinuierlichen Beschickung möglichst nahe zu kommen, in diesem
Anwendungsfall von geringem Durchmesser sein, wobei die Drehzahl entsprechend höher
gewählt wird. Es ist dabei von Bedeutung, daß die untere Nut so breit ist, daß die
Zeit, in der das untere Ende der Bohrung an ihr vorüberläuft, groß genug ist, um
eine vollständige Entleerung zu gewährleisten.
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2. Vorrichtung zur Beschickung eines unter Normaldruck stehenden
Raumes (Ofens) mit einer Metallschmelze (Abb. 3). - Bei dieser Anwendungsart der
Dosiereinrichtung muß durch eine besondere Einrichtung dafür gesorgt werden, daß
die Kükenbohrung vor dem Füllen evakuiert wird. Dazu befindet sich im Ventilsitz
eine Bohrung (13), an welcher die obere Öffnung der Kükenbohrung vorüberläuft, bevor
die Füllung mit Schmelze über die obere Nut erfolgt. An die Bohrung im Ventilsitz
schließt eine Leitung (14) zu einer Vakuumpumpe an, die eine nur sehr geringe Literleistung
zu haben braucht. (Oder es erfolgt Anschluß an einen mehr oder weniger großen Raum,
der periodisch auf den erforderlichen Unterdruck von weniger als 0,1 Torr
gebracht
wird.) In diesem Anwendungsfall liegen zwischen der Bohrung im Ventilsitz und der
unteren Nut 600 und zwischen letzterer und der oberen Nut ebenfalls 600. Mit dieser
Anordnung liegen - bedingt durch die Schräglage der Bohrung - die Funktionen Evakuieren
- Füllen - Entleeren um jeweils 1200 Kükendrehung versetzt. Im übrigen gelten die
Bedingungen der ersten Anwendungsart.
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3. Vorrichtung zur vollautomatischen Metallmengenabmessung bei der
Erzeugung von Pellets (Abb.4 und 5). - Die Vorrichtung ist der des zweiten Anwendungsfalles
ähnlich. Der Unterschied besteht darin, daß die Kükenbohrung (15) nun dem gewünschten
Pelletgewicht entspricht. Ferner wird die Schmelze über einen trichterförmigen Auslauf
(16) (der das Spritzen verhindert) (abt.5) in die Kokillen(17) geführt. Die Kokillen
laufen auf einem Förderband und können durch einen Luftstrom gekühlt werden. Das
Band läuft synchron mit der Drehung des Antriebes des Kükens und läuft schrittweise
jeweils nach der Füllung einer Kokille weiter.
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Die Pellets werden am Umkehrpunkt des Bandes ausgeworfen (18).
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Patentansprüche: 1. Dosiereinrichtung für bis zu 6000 C schmelzflüssige
Metalle, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem konischen Ventilsitz (3) aus
Stahl mit zwei um einen Winkel von 900 versetzten Nuten (4, 5) besteht, in welchen
ein kegelförmiges Küken (6) aus Graphit eingepaßt ist, welches eine zur Drehachse
schräg verlaufende Bohrung (7) trägt.
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2. Dosiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das obere Ende der Bohrung bei der Drehung des Kükens an der oberen Nut (4) vorübergleitet
und das untere Ende nach weiterer Drehung um 900 an der unteren Nut (5).