DE29913027U1 - Melting riser for liquid metal - Google Patents
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Description
Eberhard MAUCHER Im Ährenfeld 34134 Kassel, DEEberhard MAUCHER Im Ährenfeld 34134 Kassel, DE
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Schmelzensteigrohr für flüssiges MetallMelt riser pipe for liquid metal
Die Erfindung betrifft ein Schmelzensteigrohr für flüssiges Metall, wobei das Schmelzensteigrohr mit seinem einen Ende in einen Behälter mit schmelzflüssigem Metall ragt.The invention relates to a melt riser pipe for liquid metal, wherein the melt riser pipe extends with its one end into a container with molten metal.
Es ist eine sogenannte Vakuum-Gussmaschine bekannt, die eine Gussform, einen Schusszylinder und eine Vakuumpumpe aufweist, um die Gussform zu evakuieren. Der Schusszylinder selber steht durch dasA so-called vacuum casting machine is known, which has a mold, a shot cylinder and a vacuum pump to evacuate the mold. The shot cylinder itself is connected to the
Schmelzensteigrohr mit dem Behälter mit dem schmelzflüssigen Metall z. B. Aluminium in Verbindung. Die Vorgehensweise zur Befüllung der Gussform ist nun derart, dass zunächst die Gussform und auch der Schusszylinder evakuiert werden. Durch die Evakuierung sowohl des Schusszylinders als auch der Gussform wird das flüssige Metall durch das Steigrohr in den Schusszylinder eingesaugt. Nachdem der Schusszylinder gefüllt ist, wird durch den Schusszylinder das flüssige Metall in die Gussform überführt. Der Vorteil eines derartigen Vakuumgusses ist, dass das fertige Gussteil im Wesentlichen keine Blasen aufweist. Im Gegensatz zu üblicher Weise hergestellten Aluminiumgussteilen ist ein auf diese Weise hergestelltes Gussteil wesentlich verformbarer.The melt riser pipe is connected to the container with the molten metal, e.g. aluminum. The procedure for filling the casting mold is such that the casting mold and the shot cylinder are first evacuated. By evacuating both the shot cylinder and the casting mold, the liquid metal is sucked into the shot cylinder through the riser pipe. After the shot cylinder is filled, the liquid metal is transferred into the casting mold through the shot cylinder. The advantage of this type of vacuum casting is that the finished casting has essentially no bubbles. In contrast to conventionally produced aluminum castings, a casting produced in this way is much more malleable.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist nun, dass der Zeitpunkt des Einfließens der Schmelze in den Schusszylinder nicht genau definiert werden kann. Das heißt, der Beginn des Einlaufens der Schmelze durch das Schmelzensteigrohr hängt an vielen Faktoren ab, so zum Beispiel von der Höhe des Vakuums und von der Fließfähigkeit der Schmelze.The disadvantage of this process is that the point in time at which the melt flows into the shot cylinder cannot be precisely defined. This means that the start of the melt flowing through the melt riser pipe depends on many factors, such as the level of the vacuum and the flowability of the melt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Schmelzensteigrohr bereitzustellen, durch das der Zeitpunkt des Einfließen der Schmelze in den Schusszylinder genau steuerbar ist.The object underlying the invention is to provide a melt riser pipe by means of which the point in time at which the melt flows into the shot cylinder can be precisely controlled.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Schmelzensteigrohr an seinem einen Ende ein steuerbares Ventil aufweist. Durch das steuerbare Ventil kann der Zeitpunkt des Öffnens des Ventiles von außen bestimmt werden, somit erfolgt das Einlaufen der Schmelze durch das Schmelzensteigrohr in den Schusszylinder unabhängig von variabelen Parametern, wie Zustand der Schmelze und Höhe des Vakuums.The object is achieved according to the invention in that the melt riser pipe has a controllable valve at one end. The controllable valve allows the time at which the valve opens to be determined from the outside, so that the melt flows through the melt riser pipe into the shot cylinder independently of variable parameters such as the state of the melt and the level of the vacuum.
Nach einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ventil eine Ventilkugel aufweist, durch die das Ende des SchmelzensteigrohresAccording to a first embodiment, the valve has a valve ball through which the end of the melt riser pipe
verschließbar ist. Hierbei ist vorgesehen, dass das offene Ende des Schmelzensteigrohres zur Aufnahme der Kugel eine konisch zum Inneren des Rohres verlaufende Fase als Ventilsitz aufweist. Durch einen derart ausgebildeten Ventilsitz wird in Verbindung mit der Kugel erreicht, dass die Berührung zwischen Kugel und Ventilsitz nunmehr linienförmig ist. Der Vorteil hiervon ist, dass im Bereich des Ventilsitzes sich ansammelnde Verschmutzungen durch die Kugel aufgrund der linienförmigen Berührung abgedrängt werden.can be closed. The open end of the melt riser pipe for receiving the ball has a bevel that runs conically towards the inside of the pipe as a valve seat. A valve seat designed in this way, in conjunction with the ball, ensures that the contact between the ball and the valve seat is now linear. The advantage of this is that dirt that accumulates in the area of the valve seat is pushed away by the ball due to the linear contact.
Im Einzelnen ist vorgesehen, dass die Kugel auf einer Achse angeordnet ist, wobei die Achse von einer Kulisse aufgenommen ist, wobei die Kulisse parallel zur Längsachse des Schmelzensteigrohres verschieblich ist. Die Kulisse, die mit einem Kolben-Zylinderantrieb in Verbindung steht, ist insbesondere geführt, um sicherzustellen, dass die Kugel in jedem Fall in den Ventilsitz einlaufen kann.In particular, it is provided that the ball is arranged on an axis, wherein the axis is accommodated by a guide, wherein the guide can be moved parallel to the longitudinal axis of the melt riser pipe. The guide, which is connected to a piston-cylinder drive, is guided in particular to ensure that the ball can always run into the valve seat.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Ventil einen Boden aufweist, der einen im Querschnitt in etwa U-förmigen mit jeweils einer endseitigen Öffnung versehenen Durchlass aufweist, wobei der Durchlass mit seinem einen offenen Ende an die Öffnung des Schmelzensteigrohres anschließt, und an seinem anderen offenen Ende durch einen Ventilkörper verschließbar ist. Hierbei ist vorgesehen, dass der Boden des Ventils aus mehreren Platten besteht, wobei die einzelnen Platten mindestens einen Schlitz oder eine Nut und/oder mindestens eine Bohrung aufweisen. Es ist bekannt, dass flüssiges Schmelzen sämtliche Werkstoffe - außer keramische Werkstoffen - angreifen und hier insbesondere Siliziumkarbid- bzw. Siliziumnitrid-Werkstoff sehr widerstandsfähig gegen flüssiges Schmelzen sind. Diese Werkstoffe haben allerdings den Nachteil, dass sie nur schwer zu bearbeiten sind. Durch die Ausbildung des Bodens in Form von einzelnen Platten besteht die Möglichkeit einzelne Platten mit Nuten oder Schlitzen zu versehen.A further embodiment is characterized in that the valve has a base which has a passage which is approximately U-shaped in cross section and has an opening at each end, with one open end of the passage connecting to the opening of the melt riser pipe and being closable at its other open end by a valve body. The base of the valve is made up of several plates, with the individual plates having at least one slot or groove and/or at least one bore. It is known that liquid melts attack all materials - except ceramic materials - and silicon carbide and silicon nitride materials in particular are very resistant to liquid melts. However, these materials have the disadvantage that they are difficult to work with. By forming the base in the form of individual plates, it is possible to provide individual plates with grooves or slots.
Im Zusammenbau der einzelnen Platten ergeben sich dann entsprechende horizontal verlaufende Bohrungen. In Verbindung mit vertikal dazu angeordneten Bohrungen ergibt sich somit ein im Wesentlichen U-förmiger Durchlass.When the individual panels are assembled, corresponding horizontal holes are created. In conjunction with vertical holes, this creates an essentially U-shaped passage.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schmelzensteigrohr ein Joch aufweist, das mit dem Boden in Verbindung steht. Das heißt, dass durch das Joch die einzelnen Platten, die den Boden bilden, gehalten werden, wobei zur Halterung entsprechende Schraubbolzen vorgesehen sind. Weiterhin zeigt der Ventilkörper eine Ventilstange, die endseitig einen kugelförmigen Kopf besitzt. Dieser kugelförmige Kopf schließt die eine endseitige Öffnung des U-förmigen Durchlasses, wobei diese Öffnung eine konische Fase aufweist, so dass in Verbindung mit dem kugelförmigen Kopf eine linienförmige Verbindung zwischen dem kugelförmigen Ventilkopf und dem entsprechend ausgebildeten Ventilsitz erzeugt wird. Der Vorteil einer solchen Ausbildung besteht darin, dass im Bereich des Ventilsitzes sich ansammelnde Schmutzpartikel durch die linienförmige Berührung quasi verdrängt werden, so dass in jedem Fall ein dichter Sitz gewährleistet ist. Die Ventilstange selbst ist geführt, was beispielsweise durch eine entsprechende Öffnung im Joch bewerkstelligt werden kann. Zum Heben und Senken der Ventilstange kann weiterhin eine Kolben-Zylinderanordnung vorgesehen sein.According to a further feature of the invention, the melt riser pipe has a yoke that is connected to the base. This means that the individual plates that form the base are held by the yoke, with corresponding screw bolts being provided for holding them. The valve body also has a valve rod that has a spherical head at the end. This spherical head closes one end opening of the U-shaped passage, with this opening having a conical bevel, so that in connection with the spherical head a linear connection is created between the spherical valve head and the correspondingly designed valve seat. The advantage of such a design is that dirt particles that accumulate in the area of the valve seat are virtually displaced by the linear contact, so that a tight seat is guaranteed in every case. The valve rod itself is guided, which can be achieved, for example, by a corresponding opening in the yoke. A piston-cylinder arrangement can also be provided for raising and lowering the valve rod.
Vorteilhaft bei allen beiden Ausführungsformen ist, dass sämtliche Teile des Ventiles, die mit der Schmelze in Berührung kommen, aus Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrid (Si3N4) oder aus Siliziumkarbidfaser mit einer Siliziumkarbidmatrix (SiCSiC) bestehen. Eine solche Siliziumkarbidfaser in einer Siliziumkarbidmatrikx hat den Vorteil, dass ein solcher Werkstoff, wenn auch nur geringfügig, so doch ein gewisses Verformungsvermögen zeigt, was insbesondere vorteilhaft bei der Bearbeitung ist, wobei hinzukommt, dass ein solcher Werkstoff auch TemperaturschwankungenThe advantage of both embodiments is that all parts of the valve that come into contact with the melt are made of silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ) or silicon carbide fiber with a silicon carbide matrix (SiCSiC). Such a silicon carbide fiber in a silicon carbide matrix has the advantage that such a material shows a certain deformability, even if only slightly, which is particularly advantageous during processing, and in addition, such a material can also withstand temperature fluctuations.
besser aushält.endure better.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert:The invention is explained in more detail below with reference to the drawings:
Fig. 1 zeigt im Schnitt die erste Ausführungsform in schematischer Darstellung;Fig. 1 shows a schematic cross-section of the first embodiment;
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht gemäß Fig. 1;Fig. 2 shows a side view according to Fig. 1;
Fig. 3 zeigt im Schnitt die zweite Ausführungsform; Fig. 4 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie IV - IV aus Fig. 3; Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht gemäß Fig. 3.Fig. 3 shows a section through the second embodiment; Fig. 4 shows a section along the line IV - IV of Fig. 3; Fig. 5 shows a side view according to Fig. 3.
Gemäß Figur 1 ist das Schmelzensteigrohr mit 1 bezeichnet, wobei sich an das Schmelzensteigrohr 1 der schematisch mit 10 bezeichnete Schusszylinder anschließt. Das Schmelzensteigrohr 1 besitzt das Joch 2, das der Führung der Kulisse 3 dient. Die Kulisse 3 weist an ihrem unteren Ende, d. h. am offenen Ende des Schmelzensteigrohres 1 eine Achse 4 auf, die der Aufnahme der Ventilkugel 5 des Ventiles 8 dient. Das Schmelzensteigrohr besitzt an seinem der Ventilkugel 5 zugewandten offenen Ende den Ventilsitz 6 mit der konischen Fase 6a. Die Kulisse 3 ist darüber hinaus durch eine weitere Führung 7 derart geführt, dass in jedem Fall sichergestellt ist, dass die Kugel parallel zur Mittellängsachse des Steigrohres durch die Kulisse bewegt wird. Zur Bewegung der Kulisse ist ein Kolben-Zyinderantrieb 20 vorgesehen, der durch einen Mitnehmer 21 mit der Kulisse 3 in Verbindung steht. Hierbei ist Kulisse 3 mit dem Mitnehmer 21 durch Schrauben 22 verbunden. Wesentlich ist, dass sämtliche Teile, die mit der Schmelze in Berührung kommen, aus hochAccording to Figure 1, the melt riser pipe is designated 1, with the shot cylinder, schematically designated 10, adjoining the melt riser pipe 1. The melt riser pipe 1 has the yoke 2, which serves to guide the gate 3. The gate 3 has an axis 4 at its lower end, i.e. at the open end of the melt riser pipe 1, which serves to accommodate the valve ball 5 of the valve 8. The melt riser pipe has the valve seat 6 with the conical bevel 6a at its open end facing the valve ball 5. The gate 3 is also guided by a further guide 7 in such a way that it is always ensured that the ball is moved through the gate parallel to the central longitudinal axis of the riser pipe. A piston-cylinder drive 20 is provided to move the gate, which is connected to the gate 3 by a driver 21. The gate 3 is connected to the driver 21 by screws 22. It is essential that all parts that come into contact with the melt are made of highly
verschleißfestem Werkstoff, &zgr;. B. SiCSiC, Si3N4 oder SiC ausgebildet sind.wear-resistant material, e.g. SiCSiC, Si 3 N 4 or SiC.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist das Schmelzensteigrohr mit bezeichnet, wobei sich an das Schmelzensteigrohr an seinem einen oberen Ende der mit 110 bezeichnete Schusszylinder anschließt, und das Schmelzensteigrohr an seinem anderen unteren Ende das Ventil 120 aufweist . Das Schmelzensteigrohr 100 besitzt das Joch 102, durch das einerseits der Boden 110 durch die angedeuteten Schraubbolzen 111 gehalten ist, und das andererseits der Führung der Ventilstange 121 des insgesamt mit 120 bezeichneten Ventiles dient. Die Ventilstange selbst ist endseitig mit einer Kolben-Zylinderanordnung 129 verbunden. Der Boden 110 besteht im Einzelnen aus vier Platten 110a - 11Od; durch die entsprechende Anordnung von Schlitzen oder Nuten 112, 113 sowie Bohrungen bzw. Öffnungen 114, 115 wird der Querschnitt U-förmige Durchlass 117 gebildet. Die Öffnung 115 besitzt den Ventilsitz 118, der eine konisch ausgebilde Fase zeigt. In Verbindung mit der Tatsache, dass der Ventilkopf 125 kugelförmig ausgebildet ergibt, ergibt sich, dass der Ventilkopf entlang einer Linie auf dem Ventilsitz aufsitzt.In the embodiment according to Fig. 2, the melt riser pipe is designated with , the shot cylinder designated with 110 being connected to the melt riser pipe at one upper end, and the melt riser pipe having the valve 120 at its other lower end. The melt riser pipe 100 has the yoke 102, by which on the one hand the base 110 is held by the indicated screw bolts 111, and which on the other hand serves to guide the valve rod 121 of the valve designated overall with 120. The valve rod itself is connected at the end to a piston-cylinder arrangement 129. The base 110 consists in detail of four plates 110a - 110d; the cross-section U-shaped passage 117 is formed by the corresponding arrangement of slots or grooves 112, 113 and bores or openings 114, 115. The opening 115 has the valve seat 118, which has a conical bevel. In conjunction with the fact that the valve head 125 is spherical, this results in the valve head sitting on the valve seat along a line.
Die Ventilstange 121 ist darüber hinaus noch durch die Führung 140 geführt, die am Schmelzensteigrohr befestigt ist.The valve rod 121 is also guided through the guide 140, which is attached to the melt riser pipe.
Die Funktionsweise dieses Ventiles ist nun derart, dass durch den Kolben-Zylinderantrieb die Stange entlang des Pfeiles 150 verschoben wird, wodurch die Öffnung 115 freigegeben wird, mit der Folge, dass die Schmelze durch den U-förmigen Durchlass 117 in das Steigrohr 100 und schlussendlich in den Schusszylinder 110 gelangt.The functioning of this valve is such that the rod is displaced along the arrow 150 by the piston-cylinder drive, whereby the opening 115 is released, with the result that the melt passes through the U-shaped passage 117 into the riser pipe 100 and finally into the shot cylinder 110.
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