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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Speiserelement zur Verwendung beim Metallgießen mittels Gießformen.
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In einem typischen Gießprozess wird schmelzflüssiges/geschmolzenes Metall in einen vorgeformten Formhohlraum gegossen, der die Form des Gussteils definiert. Jedoch schrumpft das Metall beim Verfestigen, was zu Lunkern führt, die wiederum inakzeptable Defekte im fertigen Gussteil zur Folge haben. Dies ist ein allgemein bekanntes Problem in der Gießindustrie und wird durch die Verwendung von Speisereinsätzen oder Steigern gelöst, die in die Gussform integriert werden – entweder während der Herstellung der Gussform durch Anbringen an einer Strukturplatte oder später durch Einsetzen eines Einsatzes in einen Hohlraum in der hergestellten Gussform. Jeder Speisereinsatz stellt ein zusätzliches (gewöhnlich umschlossenes) Volumen (oder einen solchen Hohlraum) bereit, der mit dem Formhohlraum in Strömungsverbindung steht, so dass das schmelzflüssige Metall ebenfalls in den Speisereinsatz eintritt. Während der Verfestigung fließt schmelzflüssiges Metall innerhalb des Speisereinsatzes in den Formhohlraum zurück, um das Schrumpfen des Gussteils auszugleichen.
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Nach der Verfestigung des Gussteils und dem Entfernen des Formmaterials bleibt unerwünschtes Restmetall aus dem Inneren des Speisereinsatz-Hohlraums an dem Gussteil haften und muss entfernt werden. Um das Entfernen des Restmetalls zu erleichtern, kann der Speisereinsatz-Hohlraum bei einer Bauform, die gemeinhin als ein „Neck-Down”-Einsatz bezeichnet wird, in Richtung seiner Basis (d. h. dem Ende des Speisereinsatzes, das dem Formhohlraum am nächsten ist) verjüngt sein. Wenn ein scharfer Schlag gegen das Restmetall geführt wird, so trennt es sich am schwächsten Punkt, der sich nahe der Gussform befindet (der Prozess ist gemeinhin als „Abschlagen” bekannt). Eine kleine Aufstandsfläche auf dem Gussteil ist ebenfalls wünschenswert, um die Positionierung von Speisereinsätzen in Bereichen des Gussteils zu ermöglichen, wo der Zugang durch benachbarte Merkmale beschränkt sein kann.
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Obgleich Speisereinsätze direkt auf der Oberfläche des Gussformhohlraums angebracht werden können, werden sie oft in Verbindung mit einem Speiserelement verwendet (auch als ein Trennkern (engl.: breaker core) bekannt). Ein Trennkern ist einfach eine Scheibe aus feuerfestem Material (in der Regel ein harzgebundener Sandkern oder ein Keramikkern oder ein Kern aus Speisereinsatzmaterial) mit einem Loch, das sich gewöhnlich in ihrer Mitte befindet, die zwischen dem Formhohlraum und dem Speisereinsatz sitzt. Der Durchmesser des Loches durch den Trennkern ist kleiner ausgelegt als der Durchmesser des inneren Hohlraums des Speisereinsatzes (der nicht unbedingt verjüngt zu sein braucht), so dass das Abschlagen am Trennkern nahe der Gussteiloberfläche stattfindet.
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Formsand kann in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: chemisch gebunden (auf der Basis entweder organischer oder anorganischer Bindemittel) oder tongebunden (engl.: clay-bonded). Chemisch gebundene Formbindemittel sind in der Regel selbsthärtende Systeme, wo ein Bindemittel und ein chemischer Härter mit dem Sand vermischt werden und das Bindemittel und der Härter sofort zu reagieren beginnen, aber hinreichend langsam, damit der Sand um die Strukturplatte herum geformt werden kann, und dann genügend härten kann, um ein Entnehmen und Gießen zu erlauben.
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Tongebunde Gussformen verwenden Ton und Wasser als Bindemittel und können im „grünen” oder ungetrockneten Zustand verwendet werden und werden gemeinhin als Grünsand (engl.: greensand) bezeichnet. Grünsandgemische fließen nicht bereitwillig oder bewegen sich nicht leicht unter Kompressionskraft allein. Um nun den Grünsand um die Struktur herum zu verdichten und der Gussform ausreichende Festigkeitseigenschaften zu verleihen, wie dies oben angesprochen wurde, werden deshalb eine Vielzahl verschiedener Kombinationen von Stoßen, Rütteln, Quetschen und Rammen angewendet, um gleichmäßig feste Gussformen mit hoher Produktivität zu erhalten. Der Sand wird in der Regel mit hohem Druck, gewöhnlich mittels einer oder mehrerer hydraulischer Rammen, komprimiert (verdichtet).
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Um Einsätze in solchen Hochdruck-Gießprozessen anzuwenden, werden gewöhnlich Stifte an der Formstrukturplatte (die den Formhohlraum definiert) an vorgegebenen Stellen als Montagepunkte für die Speisereinsätze angeordnet. Sobald die benötigten Einsätze auf den Stiften platziert sind (so, dass die Basis des Speisers entweder auf oder oberhalb der Strukturplatte sitzt), wird die Gussform durch Schütten von Formsand auf die Strukturplatte und um die Speisereinsätze herum gebildet, bis die Speisereinsätze bedeckt sind und der Formkasten gefüllt ist. Das Einbringen des Formsandes und das anschließende Anlegen hoher Drücke können Schäden und ein Brechen des Speisereinsatzes verursachen, besonders, wenn der Speisereinsatz vor dem Festrammen in direktem Kontakt mit der Strukturplatte steht, und aufgrund zunehmender Gussteilkomplexität und steigender Produktivitätsanforderungen besteht Bedarf an abmessungsstabileren Gussformen und folglich eine Tendenz zu höheren Rammdrücken und resultierenden Einsatzbrüchen.
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Die Anmelderin hat eine Reihe kollabierfähiger Speiserelemente zur Verwendung in Kombination mit Speisereinsätzen entwickelt, die in der
WO 2005/051568 ,
WO 2007/141446 ,
WO 2012/110753 und
WO 2013/171439 beschrieben sind. Die Speiserelemente werden komprimiert, wenn sie während des Gießens einem Druck ausgesetzt werden, wodurch der Speisereinsatz vor Beschädigung geschützt wird.
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Die
US 2008/0265129 beschreibt einen Speisereinsatz zum Einsetzen in eine Gussform, die zum Gießen von Metallen verwendet wird und einen Speiserkörper mit einem Speiserhohlraum darin umfasst. Die Unterseite des Speiserkörpers steht mit der Gussform in Strömungsverbindung, und die Oberseite des Speiserkörpers ist mit einer energieabsorbierenden Vorrichtung versehen.
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Die
EP 1 184 104 A1 (Chemex GmbH) beschreibt einen zweiteiligen Speisereinsatz (der entweder isolierend oder exotherm sein kann), der sich teleskopisch zusammenschiebt, wenn der Formsand komprimiert wird; die Innenwand des zweiten (oberen) Teils ist mit der externen Wand des ersten (unteren) Teils bündig.
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Die
EP 1 184 104 A1 ,
3a bis
3d, veranschaulichen das Teleskopieren des zweiteiligen Speisereinsatzes. Der Speisereinsatz steht in direktem Kontakt mit der Struktur, was hinderlich sein kann, wenn ein exothermer Einsatz verwendet wird, da dies zu einer schlechten Oberflächengüte, örtlicher Kontaminierung der Gussteiloberfläche und sogar zu Defekten unterhalb der Gussteiloberfläche führen kann. Des Weiteren ist zwar der untere Teil verjüngt, doch gibt es immer noch eine breite Aufstandsfläche auf der Struktur, da der untere Teil relativ dick sein muss, um den Kräften zu widerstehen, die während des Festrammens auftreten. Dies ist im Hinblick auf das Abschlagen und den Platz, der durch das Speiserelement auf der Struktur in Anspruch genommen wird, unbefriedigend. Der untere innere Teil und der obere äußere Teil werden durch Halteelemente in Position gehalten. Die Halteelemente brechen ab und fallen in den Formsand, damit sich das Teleskopieren vollziehen kann. Die Halteelemente sammeln sich im Lauf der Zeit im Formsand an, wodurch er kontaminiert wird. Das ist besonders dann unerwünscht, wenn die Halteelemente aus exothermem Material bestehen, da sie reagieren können und kleine Explosionsdefekte erzeugen.
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Die
US 6,904,952 (AS Luengen GmbH & Co. KG) beschreibt ein Speiserelement, bei dem ein röhrenförmiger Körper vorübergehend an die innere Wand eines Speisereinsatzes geklebt wird. Es gibt eine Relativbewegung zwischen dem Speisereinsatz und dem röhrenförmigen Körper, wenn der Formsand komprimiert wird.
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Es werden zunehmende Ansprüche an Speisesysteme zur Verwendung in Hochdruck-Formsystemen gestellt, was teilweise an Fortschritten bei der Gießausrüstung und teilweise an neuen Gussstücken, die hergestellt werden, liegt. Einige Sorten von duktilem Eisen und bestimmte Gussteilausgestaltungen können sich negativ auf die Effektivität der Speiseleistung durch den Hals bestimmter Metallspeiserelemente auswirken. Darüber hinaus können bestimmte Gießleitungen oder Gussteilausgestaltungen zu einer Überkomprimierung führen (ein Kollabieren des Speiserelements oder ein Teleskopieren des Speisersystems), was dazu führt, dass sich die Basis des Einsatzes in großer Nähe zu der Gussteiloberfläche befindet und nur durch eine dünne Schicht Sand getrennt ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Speiserelement zur Verwendung beim Metallgießen bereit, und versucht, ein oder mehrere Probleme von Speiserelementen oder -systemen des Standes der Technik zu beseitigen oder eine brauchbare Alternative bereitzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Speiserelement zum Metallgießen bereitgestellt, das Folgendes umfasst:
einen röhrenförmigen Körper, der eine durch ihn hindurch verlaufende Bohrung festlegt und der ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes zweites Ende und einen komprimierbaren Abschnitt dazwischen aufweist, welcher eine stufenförmige Ausgestaltung hat, die eine abwechselnde Reihe von ersten und zweiten Regionen umfasst, so dass bei Einwirkung einer Kraft während des Gebrauchs die Distanz zwischen dem ersten und dem zweiten Ende reduziert wird;
dadurch gekennzeichnet, dass das Speiserelement aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,05 Gewichts-% hergestellt ist.
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Das Speiserelement dient zwei Funktionen: (i) die offene Bohrung stellt einen Durchgang von dem Speisereinsatz-Hohlraum zu der Gussform bereit, und (ii) die Verformung des Speiserelements (aufgrund des kollabierfähigen Abschnitts) dient zum Absorbieren von Energie, die sonst ein Brechen des Speisereinsatzes verursachen könnte.
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Das Speiserelement der vorliegenden Erfindung kann als ein Trennkern angesehen werden, da dieser Begriff in geeigneter Weise einige der Funktionen des Elements während des Gebrauchs beschreibt.
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In einer Ausführungsform umfasst der komprimierbare Abschnitt mindestens drei Stufen oder „Knicke”. In einer anderen Ausführungsform umfasst der komprimierbare Abschnitt mindestens vier Stufen oder „Knicke”. Diese Knicke ermöglichen es dem komprimierbaren Abschnitt, sich in einer kontrollierten Weise unter einer vorgegebenen Last (entsprechenden der Bruchfestigkeit) zu verformen. Jeder Knick kann aus einem Paar benachbarter erster und zweiter Regionen gebildet sein.
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Der Außenwinkel (äußere Winkel) ϕ in einem Knick, d. h. zwischen einer benachbarten ersten und zweiten Region, vor dem Verdichten, kann gemessen werden. Es versteht sich, dass dieser Außenwinkel ϕ beim Festrammen in dem Maße kleiner wird, wie der komprimierbare Abschnitt kollabiert. In einer Reihe von Ausführungsformen beträgt der Außenwinkel ϕ in einem Knick vor dem Verdichten nicht mehr als 130°, 120°, 100°, 90°, 80°, 70° oder 60°. In einer Reihe von Ausführungsformen beträgt der Außenwinkel ϕ in einem Knick vor dem Verdichten mindestens 50°, 60°, 70°, 75° oder 80°. In einer Ausführungsform beträgt der Außenwinkel ϕ in einem Knick vor dem Verdichten mindestens 70° und weniger oder gleich 120°. In einer Ausführungsform beträgt der Außenwinkel ϕ in einem Knick vor dem Verdichten mindestens 75° und weniger oder gleich 110°.
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In einer Ausführungsform beträgt der Außenwinkel ϕ in einem Knick vor dem Verdichten mindestens 80° und weniger oder gleich 100°. In einer Ausführungsform beträgt der Außenwinkel ϕ in einem Knick vor dem Verdichten ungefähr 90°.
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Der Innenwinkel (innere Winkel) θ, der an die Bohrung angrenzt und vor dem Verdichten zwischen einer benachbarten zweiten und ersten Region gebildet wird, kann gemessen werden. Es versteht sich, dass dieser Winkel θ beim Festrammen in dem Maße kleiner wird, wie der komprimierbare Abschnitt kollabiert. In einer Reihe von Ausführungsformen beträgt der Innenwinkel θ zwischen einer benachbarten ersten und zweiten Region vor dem Verdichten nicht mehr als 130°, 120°, 100°, 90°, 80°, 70°, 60° oder 50°. In einer Reihe von Ausführungsformen beträgt der Innenwinkel θ zwischen einer benachbarten ersten und zweiten Region vor dem Verdichten mindestens 30°, 40°, 50°, 60° oder 70°. In einer Ausführungsform beträgt der Innenwinkel θ zwischen einer benachbarten ersten und zweiten Region vor dem Verdichten mindestens 60° und weniger oder gleich 120°. In einer Ausführungsform beträgt der Innenwinkel θ zwischen einer benachbarten ersten und zweiten Region vor dem Verdichten mindestens 70° und weniger oder gleich 100°.
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In einer Ausführungsform beträgt der Innenwinkel θ zwischen einer benachbarten ersten und zweiten Region vor dem Verdichten ungefähr 80°. In einer Ausführungsform beträgt der Innenwinkel θ zwischen einer benachbarten ersten und zweiten Region vor dem Verdichten ungefähr 90°. In einer Ausführungsform beträgt der Innenwinkel θ zwischen einer benachbarten ersten und zweiten Region vor dem Verdichten ungefähr 100°.
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In einigen Ausführungsformen ist die Oberfläche der ersten Region(en) kegelstumpfförmig. In einer Ausführungsform ist die Oberfläche der zweiten Region(en) kegelstumpfförmig. In einigen Ausführungsformen ist die Oberfläche der ersten und zweiten Region(en) kegelstumpfförmig.
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Es versteht sich, dass der röhrenförmige Körper eine Längsachse hat: die Bohrungsachse (Achse der Bohrung). Der Winkel α, der zwischen den ersten Region(en) und der Längsachse gebildet wird, kann gemessen werden. Gleichermaßen kann der Winkel β, der zwischen den zweiten Region(en) und der Längsachse gebildet wird, gemessen werden.
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In einer Ausführungsform sind die Winkel α und β gleich groß.
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In einer Ausführungsform beträgt α oder β ungefähr 90°; d. h. die ersten Regionen oder die zweiten Regionen verlaufen ungefähr senkrecht zu der Bohrungsachse.
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In einer Ausführungsform beträgt α oder β ungefähr 0; d. h. die ersten Regionen oder die zweiten Regionen verlaufen ungefähr parallel zu der Bohrungsachse.
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In einer Ausführungsform betragen α und β jeweils mindestens 40° und weniger oder gleich 70°. In einer Ausführungsform betragen α und β jeweils mindestens 30° und weniger oder gleich 60°.
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In einer Ausführungsform beträgt α oder β mindestens 35° und weniger oder gleich 55°.
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In einer Ausführungsform betragen α und β jeweils mindestens 35° und weniger oder gleich 55°.
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Der Durchmesser der Stufe(n) oder Knick(e) kann gemessen werden. In einer Ausführungsform haben alle Knicke den gleichen Durchmesser. In einer anderen Ausführungsform verringert sich der Durchmesser der Knicke in Richtung des ersten Endes des röhrenförmigen Körpers, d. h. der komprimierbare Abschnitt ist kegelstumpfförmig.
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Das Kompressionsverhalten des Speiserelements kann durch Einstellen der Abmessungen jedes Knicks geändert werden. In einer Ausführungsform haben alle ersten Regionen die gleiche Länge, und haben alle zweiten Regionen die gleiche Länge (welche die gleiche sein kann wie, oder eine andere sein kann als, die der ersten Regionen). In einer anderen Ausführungsform verringert sich die Länge der ersten Regionen in Richtung des ersten Endes des röhrenförmigen Körpers. In einer anderen Ausführungsform verringert sich die Länge der zweiten Regionen in Richtung des ersten Endes des röhrenförmigen Körpers.
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In einigen Ausführungsformen kann eine nicht-komprimierbare Region zwischen dem zweiten Ende des röhrenförmigen Körpers und dem komprimierbaren Abschnitt bereitgestellt werden. In einigen Ausführungsformen hat die nicht-komprimierbare Region keine stufenförmige Ausgestaltung. In einigen Ausführungsformen ist die Seitenwand der nicht-komprimierbaren Region zylindrisch und verläuft parallel zu der Längsachse des Körpers.
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Die Höhe der nicht-komprimierbaren Region kann in einer Richtung parallel zu der Bohrungsachse gemessen werden und kann mit der Höhe des röhrenförmigen Körpers (ebenfalls in einer Richtung parallel zu der Bohrungsachse gemessen) vor dem Verdichten verglichen werden. In einer Reihe von Ausführungsformen entspricht die Höhe der nicht-komprimierbaren Region mindestens 20%, 30%, 40% oder 50% der Höhe des röhrenförmigen Körpers. In einer anderen Reihe von Ausführungsformen entspricht die Höhe der nicht-komprimierbaren Region nicht mehr als 90%, 80%, 70%, 60%, 50% oder 40% der Höhe des röhrenförmigen Körpers.
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Die Höhe des röhrenförmigen Körpers kann mit der Höhe des komprimierbaren Abschnitts (ebenfalls in einer Richtung parallel zu der Bohrungsachse gemessen) vor dem Verdichten verglichen werden. In einer Reihe von Ausführungsformen entspricht die Höhe des komprimierbaren Abschnitts mindestens 20%, 30%, 40% oder 50% der Höhe des röhrenförmigen Körpers. In einer anderen Reihe von Ausführungsformen entspricht die Höhe des komprimierbaren Abschnitts nicht mehr als 90%, 80%, 70%, 60%, 50% oder 40% der Höhe des röhrenförmigen Körpers.
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Die Höhe der nicht-komprimierbaren Region kann mit der Höhe des komprimierbaren Abschnitts vor dem Verdichten verglichen werden. In einigen Ausführungsformen beträgt das Verhältnis der Höhe der nicht-komprimierbaren Region zu dem komprimierbaren Abschnitt 1:1 bis 5:1, 1,1:1 bis 3:1 oder 1,3:1 bis 2:1. In einer Reihe von Ausführungsformen beträgt das Verhältnis der Höhe der nicht-komprimierbaren Region zu dem komprimierbaren Abschnitt 1:1,5 bis 5:1,5. In einigen Ausführungsformen beträgt das Verhältnis der Höhe der nicht-komprimierbaren Region zu dem komprimierbaren Abschnitt 1:1 bis 1:5, 1:1,1 bis 1:3 oder 1:1,3 bis 1:2.
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In einer Ausführungsform beträgt das Verhältnis der Höhe der nicht-komprimierbaren Region zu dem komprimierbaren Abschnitt ungefähr 2:1,5. In einer Ausführungsform beträgt das Verhältnis der Höhe der nicht-komprimierbaren Region zu dem komprimierbaren Abschnitt ungefähr 1:1,5.
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In einigen Ausführungsformen weitet sich das zweite Ende des röhrenförmigen Körpers nach außen auf, um einen Flansch zu bilden. In einer Ausführungsform kann der Flansch ringförmig sein (d. h. im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Körpers verlaufen).
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In einer Ausführungsform umfasst der Flansch mindestens eine umfänglich (in Umfangsrichtung) verlaufende Nut. In einigen Ausführungsformen hat die umfänglich verlaufende Nut eine offene Seite, die von dem ersten Ende des röhrenförmigen Körpers fort weist. Die Tiefe der umfänglich verlaufenden Nut über der des Flansches selbst kann gemessen werden. In einer Reihe von Ausführungsformen hat die umfänglich verlaufende Nut eine Tiefe von weniger als 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm oder 1 mm.
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Größe und Masse des röhrenförmigen Körpers richten sich nach der Anwendung.
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Es ist allgemein bevorzugt, die Masse des röhrenförmigen Körpers nach Möglichkeit zu reduzieren. Dies senkt die Materialkosten und kann ebenfalls während des Gießens von Vorteil sein, zum Beispiel durch Reduzieren der Wärmekapazität des röhrenförmigen Körpers. In einer Ausführungsform weist der röhrenförmige Körper eine Masse von weniger als 50 g, 40 g, 30 g, 25 g oder 20 g auf.
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Der röhrenförmige Körper hat einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser und eine Dicke, welche die Differenz zwischen dem Innen- und dem Außendurchmesser ist (alle in einer Ebene senkrecht zu der Bohrungsachse gemessen). In einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke des röhrenförmigen Körpers mindestens 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,5 mm, 0,8 mm, 1 mm oder 1,5 mm. In einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke des röhrenförmigen Körpers nicht mehr als 2 mm, 1,5 mm, 1 mm, 0,8 mm oder 0,5 mm. In einer Ausführungsform weist der röhrenförmige Körper eine Dicke von 0,2 mm bis 1 mm auf. Eine kleine Dicke ist aus einer Reihe von Gründen von Vorteil, einschließlich einer Reduktion der Menge des Materials, das zum Herstellen des röhrenförmigen Körpers benötigt wird, und einer Reduktion der Wärmekapazität des röhrenförmigen Körpers und folglich der Energiemenge, die von dem Speisermetall beim Gießen absorbiert wird.
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In einer Ausführungsform hat der röhrenförmige Körper einen kreisförmigen Querschnitt. Jedoch könnte der Querschnitt auch nicht-kreisförmig sein, zum Beispiel oval, unrund oder elliptisch.
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In einer Ausführungsform hat der röhrenförmige Körper eine zylindrische Form. Es versteht sich, dass ein zylindrisch geformter Körper im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Körpers verläuft. In einer anderen Ausführungsform hat der röhrenförmige Körper eine Kegelstumpfform. Das bedeutet, dass der Körper in einer Richtung von dem zweiten Ende fort schmaler wird (sich verjüngt), d. h. der Durchmesser des Körpers ist in Richtung des zweiten Endes des röhrenförmigen Körpers größer und in Richtung des ersten Endes des röhrenförmigen Körpers kleiner. Der Winkel μ der Verjüngung zwischen einem kegelstumpfförmigen Körper und der Längsachse (Bohrungsachse) kann gemessen werden. In einer Reihe von Ausführungsformen beträgt der Winkel μ nicht mehr als 50°, 40°, 30°, 20°, 15° oder 10°. In einer Reihe von Ausführungsformen beträgt der Winkel μ mindestens 5°, 10°, 15° oder 20°. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel μ mindestens 5° und weniger oder gleich 20°.
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In einer bevorzugten Ausführungsform hat der röhrenförmige Körper eine kegelstumpfförmige Region, die von dem komprimierbaren Abschnitts in Richtung des ersten Endes, welches während des Gebrauchs neben dem Gussteil ist, schmaler wird. Ein schmaler Abschnitt benachbart zu dem Gussteil ist als ein Speiserhals bekannt und erlaubt ein besseres Abschlagen des Speisers. In einer Reihe von Ausführungsformen beträgt der Winkel des verjüngten Halses relativ zu der Bohrungsachse nicht mehr als 55°, 50°, 45°, 40° oder 35°.
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Um das Abschlagen weiter zu verbessern, kann das erste Ende des röhrenförmigen Körpers durch eine Lippe oder Wulst gebildet werden, um eine Oberfläche für die Montage auf der Gussformstruktur bereitzustellen und um eine Aussparung in dem resultierenden Gießspeiserhals zu bilden, um sein Entfernen (Abschlagen) zu vereinfachen. In einer Ausführungsform wird das erste Ende des röhrenförmigen Körpers durch eine ringförmige Lippe gebildet. In einer Ausführungsform wird das erste Ende des röhrenförmigen Körpers durch eine Lippe gebildet, die im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des röhrenförmigen Körpers verläuft. In einigen Ausführungsformen ragt die Lippe in die Bohrung hinein.
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In bestimmten Ausführungsformen kann der röhrenförmige Körper aus einem einzelnen Stahlstück von konstanter Dicke gepresst werden. In einer Ausführungsform wird der röhrenförmige Körper mittels eines Ziehverfahrens hergestellt, bei dem ein Stahlblechrohling durch die mechanische Wirkung eines Stempels radial in ein Gesenk gezogen wird. Der Prozess wird als Tiefziehen bezeichnet, wenn die Tiefe des gezogenen Teils seinen Durchmesser übersteigt, und wird durch erneutes Ziehen des Teils durch eine Reihe von Gesenken ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform wird der röhrenförmige Körper mittels eines Metalldrückprozesses (engl.: metal spinning process) oder Drückformungsprozesses (engl.: spin forming process) hergestellt, bei dem ein Scheiben- oder Rohrrohling aus Stahl zuerst in einer Druckmaschine (engl.: spinning lathe) montiert und mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird. Dann wird in einer Reihe von Rollen- oder Werkzeugdurchgängen punktueller Druck angelegt, der bewirkt, dass das Metall abwärts auf und um einen Dorn herum fließt, der das Innenabmessungsprofil des benötigten fertigen Teils aufweist.
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Um für Pressen oder Druckformen geeignet zu sein, muss der Stahl hinreichend schmiedbar sein, um ein Reißen oder Brechen während des Formungsprozesses zu verhindern. In bestimmten Ausführungsformen wird der röhrenförmige Körper aus kaltgewalzten Stählen hergestellt.
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In einigen Ausführungsformen wird der röhrenförmige Körper aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,005, 0,01, 0,02, 0,03 oder 0,04% hergestellt. In einigen Ausführungsformen wird der röhrenförmige Körper aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von nicht mehr als 0,05, 0,04, 0,03 oder 0,02% hergestellt. In einer Ausführungsform wird der röhrenförmige Körper aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,03% und weniger als 0,05 Gewichts-% hergestellt.
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Aus der vorangegangenen Besprechung ist zu erkennen, dass die Speiserelemente gemäß der Erfindung für eine Verwendung in Verbindung mit einem Speisereinsatz vorgesehen sind.
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Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 bis 3 Schaubilder sind, die Speiserelemente gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
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Bezugnehmend auf 1a ist ein röhrenförmiger Körper 10, der eine Längsachse Z hat, vor der Komprimierung gezeigt. Der röhrenförmige Körper 10 verjüngt sich in Richtung eines ersten Endes 14, um einen Speiserhals zu bilden. Das erste Ende des Speiserhalses 14 wird durch eine Lippe 16 gebildet, die während des Gebrauchs in Kontakt mit einer Strukturplatte 2 stehen würde. In diesem Beispiel verläuft die Lippe 16 im Wesentlichen parallel zu der Längsachse Z.
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Der röhrenförmige Körper 10 legt eine durch ihn hindurch verlaufende offene Bohrung fest, die dafür verwendet werden kann, den Hohlraum eines Speisereinsatzes (der nicht gezeigt ist, aber der über einen in dem Speisereinsatz befindlichen Ausschnitt an dem zweiten Ende 18 des röhrenförmigen Körpers montiert sein würde) mit dem Gussteil zu verbinden. In diesem Beispiel verläuft die Bohrungsachse (Achse der Bohrung) entlang der Längsachse Z.
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Der röhrenförmige Körper 10 umfasst vier nach innen gerichtete Knicke 12 zwischen dem ersten Ende 14 und dem zweiten Ende 18, die zusammen einen komprimierbaren Abschnitt 19 bilden, der eine Balg-artige Ausgestaltung aufweist. Die Knicke 12 können als eine abwechselnde Reihe von ersten Regionen 12a und zweiten Regionen 12b angesehen werden. Der Winkel α zwischen einer ersten Region 12a und der Längsachse Z beträgt ungefähr 45°. Der Winkel β zwischen einer zweiten Region 12b und der Längsachse Z beträgt ungefähr 50°. Der Außenwinkel ϕ in einem Knick, d. h. der Winkel, der zwischen einem Paar erster und zweiter Regionen 12a und 12b außerhalb des röhrenförmigen Körpers gemessen wird, beträgt 85°. Der Innenwinkel θ, d. h. der Winkel, der zwischen einer benachbarten zweiten und ersten Region 12b und 12a innerhalb des röhrenförmigen Körpers gemessen wird, beträgt 85°. Alle Knicke haben den gleichen Durchmesser; der komprimierbare Abschnitt 19 kann darum als zylindrisch angesehen werden.
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Eine nicht-komprimierbare röhrenförmige Region 4 ist zwischen dem zweiten Ende 18 des röhrenförmigen Körpers und dem komprimierbaren Abschnitt 19 angeordnet. Die nicht-komprimierbare Region 4 verläuft parallel zu der Längsachse Z. Das Verhältnis der Höhe der nicht-komprimierbaren Region 4 zu dem komprimierbaren Abschnitt 19 beträgt ungefähr 1:1, und die Höhe der nicht-komprimierbaren Region 4 entspricht ungefähr 33% des röhrenförmigen Körpers 10.
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In 1b ist eine andere Ausführungsform des röhrenförmigen Körpers 20 gemäß der Erfindung vor der Komprimierung gezeigt. Der röhrenförmige Körper hat eine kegelstumpfförmige Region, die von dem komprimierbaren Abschnitt 19 in Richtung des ersten Endes 24 schmaler wird, um einen Speiserhals zu bilden, der während des Gebrauchs in Kontakt mit einer Strukturplatte 2 stehen würde.
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Der röhrenförmige Körper 20 umfasst vier Knicke 12 zwischen dem ersten Ende 24 und dem zweiten Ende 28, die den komprimierbaren Abschnitt 19 bilden. Die Winkel α, β, θ und ϕ sind so, wie sie für die Ausführungsform von 1a definiert wurden.
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Das zweite Ende 28 bildet einen sich nach außen ausgestellten ringförmigen Flansch, der senkrecht zu der Längsachse Z verläuft.
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Bezugnehmend auf 2a ist eine weitere Ausführungsform des röhrenförmigen Körpers 30 gemäß der Erfindung vor der Komprimierung gezeigt. Der röhrenförmige Körper verjüngt sich in Richtung des ersten Endes 34, um einen Speiserhals zu bilden, wie er für die Ausführungsform von 1b definiert wurde.
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Der röhrenförmige Körper 30 umfasst vier Knicke 32 zwischen dem ersten Ende 34 und dem zweiten Ende 38, die einen komprimierbaren Abschnitt 39 bilden. Die Knicke 32 können als eine abwechselnde Reihe von ersten Regionen 32a und zweiten Regionen 32b angesehen werden. Der Winkel α beträgt ungefähr 60°, und β beträgt ungefähr 40°. Die Winkel θ und ϕ betragen jeweils 80°. Der Durchmesser der Knicke verringert sich in Richtung des ersten Endes 34; der komprimierbare Abschnitt 39 kann als kegelstumpfförmig angesehen werden. Der Winkel μ der Verjüngung des Körpers beträgt 8°.
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Das zweite Ende 38 bildet einen sich nach außen ausgestellten ringförmigen Flansch.
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Bezugnehmend auf 2b ist ein kegelstumpfförmiger röhrenförmiger Körper 40 vor der Komprimierung ähnlich der Ausführungsform von 2a gezeigt, nur dass das erste Ende des Speiserhalses 34 durch eine Lippe 46 gebildet wird, die während des Gebrauchs in Kontakt mit einer Strukturplatte 2 stehen würde, und dass eine umfänglich verlaufende Nut 50 in dem ringförmigen Flansch 38 angeordnet ist.
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In diesem Beispiel weist die offene Seite der Nut 50 von dem ersten Ende 34 des Körpers fort. Die Tiefe der umfänglich verlaufenden Nut 50 beträgt ungefähr 2 mm.
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In diesem Beispiel verläuft die Lippe 46 im Wesentlichen parallel zu der Längsachse.
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Bezugnehmend auf 3 ist ein röhrenförmiger Körper 60 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vor der Komprimierung gezeigt. Der röhrenförmige Körper 60 hat eine kegelstumpfförmige Region, die von dem komprimierbaren Abschnitts 69 in Richtung des ersten Endes 64 schmaler wird, um einen Speiserhals zu bilden. Das erste Ende des Speiserhalses 64 wird durch eine Lippe 66 gebildet, die während des Gebrauchs mit einer Strukturplatte 2 in Kontakt stehen würde. In diesem Beispiel ragt die Lippe in die Bohrung hinein.
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Der komprimierbare Abschnitt 69 umfasst drei nach innen gerichtete Knicke 62. Die Knicke 62 können als eine abwechselnde Reihe von ersten Regionen 62a und zweiten Regionen 62b angesehen werden. Die Winkel α und β betragen jeweils 50°. Die Winkel θ und ϕ betragen jeweils 80°. Alle Knicke haben den gleichen Durchmesser; der röhrenförmige Körper kann als eine zylindrische Form aufweisend angesehen werden.
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Wie bei der Ausführungsform von 2b bildet das zweite Ende 68 einen nach außen ausgestellten ringförmigen Flansch mit einer umfänglich verlaufenden Nut 70.
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Es versteht sich, dass das Vorhandensein oder Fehlen des ringförmigen Flansches, der das zweite Ende bildet, die Lippe an dem ersten Ende, der Nut in dem Flansch und die Anzahl und der Winkel der Knicke in der komprimierbaren Region alle unabhängig voneinander gemäß der konkreten Ausführungsformen variiert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005/051568 [0008]
- WO 2007/141446 [0008]
- WO 2012/110753 [0008]
- WO 2013/171439 [0008]
- US 2008/0265129 [0009]
- EP 1184104 A1 [0010, 0011]
- US 6904952 [0012]
