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Dosiereinrichtung zum Fördern von flüssigem Metall
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Die Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung zum Fördern von flüssigem
Metall, mit einem beheizbaren Tiegel zur Aufnahme einer Metallschmelze, mit einem
im Tiegel angeordneten Dosierbehälter und mit einer vom Dosierbehälter nach oben
abgehenden Dosierleitung.
Dosiereinrichtungen des vorstehend beschriebenen
Aufbaus dienen beispielsweise und vor allem dazu, in der Metallgießerei das flüssige
Metall chargenweise in jeweils vorbestimmter Dosierung aus dem Tiegel zu einer Gießeinrichtung,
beispielsweise zur Druckkammer einer Kaltkammer-Druckgießmaschine, zu fördern. Häufig
und auch bei der im Rahmen der Erfindung bevorzugten Ausführungsform ist der Dosierbehälter
dabei in die Metallschmelze eingetaucht, und das flüssige Metall tritt durch den
Einlaß, der üblicherweise mit einem Rückschlagventil versehen ist, in den Dosierbehälter
ein.
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Im Rahmen der Erfindung ist es grundsätzlich aber auch möglich, die
Metallschmelze nur in den Dosierbehälter zu geben, während der Innenraum des Tiegels
unter einer geeigneten Atmosphäre gfls. unter Schutzgas steht. Die Förderung vom
Dosierbehälter zur Gießeinrichtung erfolgt dadurch, daß der Dosierbehälter mit Förderdruck
beaufschlagt wird, wobei gfls. der Einlaß geschlossen wird und das flüssige Metall
in vorbestimmter Menge durch die Dosierleitung abgegeben wird. Der Förderdruck kann
auf unterschiedliche Weise, beispielsweise durch Schwerkrafteinwirkung, mittels
eines im Dosierbehälter angeordneten Kolbens, mit einer Kreiselpumpe o. dgl. oder
pneumatisch durch Gasdruckbeaufschlagung erzeugt werden. Im Rahmen der Erfindung
wird insbesondere von einer pneumatischen Förderung des flüssigen Metalls ausgegangen.
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Dosiereinrichtungen dieses grundsätzlichen Aufbaus sind in verschiedenen
Ausführungsformen bekannt (vgl. DE-AS 24 49 685, DE-AS 14 83 620, DE-AS 11 94 104).
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Für die Anordnung der Dosierleitung kennt man verschiedene Möglichkeiten.
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So weist die Dosierleitung in vielen Fällen einen abwärtsgeneigten
Auslaufabschnitt auf, aus dem das flüssige Metall durch Schwerkrafteinwirkung ausfließt
(vgl. DE-AS 24 49 685, DE-AS 11 94 104). Bei dieser Anordnung wird der Auslaufabschnitt
der Dosierleitung bei jedem Dosiervorgang mehr oder weniger vollständig entleert
mit der Folge, daß bei jedem neuen Dosiervorgang zunächst der Auslaufabschnitt wieder
gefüllt werden muß. Dies ist nachteilig, denn das freie Ausfließen des Metalls aus
dem Auslaufabschnitt führt zu einer ungenauen Dosierung und außerdem ergeben sich
verhältnismäßig lange Taktzeiten durch die Notwendigkeit, den Auslaufabschnitt jeweils
erneut zu füllen, bevor flüssiges Metall abgegeben werden kann. Entsprechendes gilt
auch
für eine bekannte Dosiereinrichtung mit auf ganzer Länge ansteigender Dosierleitung
(vgl. DE-AS 14 83 620), bei der zwischen aufeinanderfolgenden Dosiervorgängen gleichfalls
eine unkontrollierte, mindestens teilweise Entleerung der Dosierleitung eintritt.
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Es ist (aus der Praxis) bekannt, diese Nachteile dadurch zu beheben,
daß die Dosierleitung auf ganzer Länge ansteigend angeordnet und durch ein Rückschlagventil
geschlossen wird, das einen Rückfluß des flüssigen Metalls aus der Dosierleitung
nach dem Abschluß eines Dosiervorgangs verhindert. Damit kann erreicht werden, daß
das flüssige Metall stets unmittelbar unter der Auslauföffnung der Dosierleitung
steht, so daß wesentlich kürzere Taktzeiten zwischen aufeinanderfolgenden Dosiervorgängen
erreicht werden können. Bei dieser ebenso wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
ist die Dosierleitung selbstverständlich mit einem Heizmantel umgeben, um eine Erstarrung
des flüssigen Metalls in der Dosierleitung zu verhindern.
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Wenn eingangs gesagt worden ist, daß die Dosierleitung vom Dosierbehälter
nach oben abgeht, so heißt dies selbstverständlich nicht, daß die Dosierleitung
notwendig an der Oberseite des Dosierbehälters angeschlossen sein muß. Die Dosierleitung
kann vielmehr - beispielsweise je nach dem, auf welche Weise die Förderung erfolgt
- auch seitlich oder am Boden des Dosierbehälters angeschlossen sein. Wesentlich
ist jedenfalls, daß die Dosierleitung ansteigt, so daß sie nicht bei jedem Dosiervorgang
vollständig entleert wird, und vorzugsweise ist im Rahmen der Erfindung, wie vorstehend
erläutert, ein Rückschlagventil zwischen Dosierleitung und Dosierbehälter vorgesehen.
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Bei den bekannten Dosiereinrichtungen der eingangs angegebenen Gattung
steigt die Dosierleitung mehr oder minder stark gegenüber der Horizontalen geneigt
bis zum Auslaß an. Infolge dessen bildet das nach einem Dosiervorgang in der Dosierleitung
stehende flüssige Metall an der Oberseite einen Spiegel, der - entsprechend der
Neigung gegenüber der Längsachse der Dosierleitung - eine mehr oder minder ausgedehnte
elliptische Gestalt hat. Dabei zeigt sich, daß auch nach Beendigung des Dosiervorgangs
regelmäßig noch mehr oder minder große Mengen von flüssigem Metall aus der Dosierleitung
nachtropfen.
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Das ist aus verschiedenen Gründen unerwünscht: Das nachtropfende Metall
beeinträchtigt die Dosiergenauigkeit, führt zur Bildung von unerwünschten Oxidhäuten
und bringt außerdem die Gefahr von Verletzungen für das Bedienungspersonal der Dosiereinrichtung
bzw. der zugeordneten Gießeinrichtung mit sich.
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Es kommt hinzu, daß die ausgedehnte freie Oberfläche des Metalls in
der Dosierleitung zu entsprechend stärkerer Oxidation führt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Dosiereinrichtung
der eingangs beschriebenen Gattung das Nachtropfen von flüssigem Metall wesentlich
zu verringern und zugleich die Oberflächenoxidation des flüssigen Metalls in der
Dosierleitung wesentlich herabzusetzen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dosierleitung
mindestens unmittelbar vor dem Auslaß einen im wesentlichen senkrecht ansteigenden
Steigabschnitt aufweist und daß an dem Steigabschnitt seitlich ein nach unten geneigter
Auslauf angeschlossen ist.
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Bei dieser Lösung der vorstehend angegebenen Aufgabe geht die Erfindung
von der Erkenntnis aus, daß beim Dosieren stets gewisse Schwankungen auftreten,
die sich dahingehend auswirken, daß das Niveau des flüssigen Metalls bei Beendigung
des Dosiervorgangs gewissen Schwankungen unterliegt, die zum Nachtropfen führen.
Die Menge des nachtropfenden Metalls hängt einerseits von der schwer beeinflußbaren
und im Rahmen der Erfindung nicht zu diskutierenden Größe dieser Schwankungen und
andererseits von der Ausdehnung des Spiegels des flüssigen Metalls ab. Aus dieser
Überlegung folgt die erfindungsgemäße Lehre, einen senkrecht ansteigenden Steigabschnitt
vorzusehen, so daß bei unvermindertem Querschnitt der Dosierleitung der Spiegel
des flüssigen Metalls die kleinstmögliche Oberfläche hat. Diese Anordnung würde
ohne weitere Maßnahmen zur Folge haben, daß das flüssige Metall ungerichtet nach
allen Seiten über den Rand der Dosierleitung austritt. Um dies zu verhindern, lehrt
die Erfindung zusätzlich, seitlich am Steigabschnitt einen nach unten geneigten
Auslauf anzuschließen. Der Auslauf läßt sich mit geringer Länge und gegenüber der
Horizontalen verhältnismäßig stark, beispielsweise unter ca. 45 °, geneigt ausführen
und wird folglich schnell und vollständig entleert, so daß
sich
kein nachteiliger Einfluß auf Dosiergenauigkeit- und Geschwindigkeit ergibt.
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Die horizontale Ebene, die durch die unterste Schnittkante von Steigabschnitt
und Auslauf verläuft, wird im folgenden als Austrittsebene des Steigabschnitts bezeichnet.
Erfindungsgemäß liegt die Austrittsebene senkrecht zur Längsachse des Steigabschnitts,
wobei der Spiegel des flüssigen Metalls bei Beendigung des Dosiervorgangs in der
Austrittsebene und damit gleichfalls senkrecht zur Längsachse der Dosierleitung
liegt und jenseits der Schnittkante zum Auslauf hin abbricht. Dadurch wird der Einfluß
von Schwankungen beim Dosiervorgang und damit das Nachtropfen auf ein Mindestmaß
herabgesetzt und ergibt sich zugleich eine wesentliche Verringerung der oberflächlichen
Oxidation des in der Dosierleitung stehenden flüssigen Metalls.
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Das durch die vorstehend erläuterte Lehre der Erfindung erreichte
Ergebnis läßt sich noch weiter verbessern, indem der Steigabschnitt durch ein nach
außen öffnendes Rückschlagventil abgeschlossen wird, dem der Auslauf nachgeschaltet
ist. Das Rückschlagventil wird beim Dosiervorgang durch das flüssige Metall geöffnet
und schließt sich, sobald bei Beendigung des Dosiervorgangs der Förderdruck nachläßt.
Ein unkontrolliertes Nachtropfen von flüssigem Metall wird dadurch praktisch vollständig
unterbunden, zugleich schützt das Rückschlagventil die Oberfläche des flüssigen
Metalls vor Luftzutritt, so daß eine oberflächliche Oxidation des flüssigen Metalls
praktisch ausgeschlossen ist. Unter Berücksichtigung der vorstehenden Erläuterungen
empfiehlt es sich, das Rückschlagventil im wesentlichen in der Austrittsebene des
Steigabschnitts anzuordnen, um optimale Dosiergenauigkeit zu erreichen.
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Das Rückschlagventil ist vorzugsweise als Kugelventil ausgebildet,
das entweder unter dem Eigengewicht der Ventilkugel schließt und gfls. eine zusätzliche
Schließfeder aufweisen kann.
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Bei einer besonders zu bevorzugenden Ausführungsform der Erfindung
mündet der Steigabschnitt von unten in eine Ventilkammer, ist das Rückschlagventil
im
Boden der Ventilkammer angeordnet und ist der Auslauf an eine
Seitenwandung der Ventilkammer angeschlossen. Bei Ausführung des Rückschlagventils
als Kugelventil bildet also der Boden der Ventilkammer, an dem der Steigabschnitt
der Dosierleitung mündet, den Ventilsitz, der dementsprechend vorzugsweise zur Durchlaßöffnung
hin eingesenkt ist, so daß eine eindeutige Zentrierung der Ventilkugel resultiert.
Die Ventilkammer bildet zugleich einen Korb für die Ventilkugel, so daß diese nicht
unbeabsichtigt austreten kann. Insbesondere wird dazu selbstverständlich der Durchgang
von der Ventilkammer zum Auslauf entsprechend eng gestaltet, daß die Ventilkugel
nicht hindurchtreten kann. Im übrigen empfiehlt es sich, für Wartung, Erneuerung
der Ventilkugel usw. eine Öffnungsmöglichkeit für die Ventilkammer vorzusehen.
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Aus dem gleichen Grunde empfiehlt es sich weiter, den Steigabschnitt
lösbar mit der Dosierleitung zu verbinden, wobei ein genauer Anschluß mittels Konus,
Zentrierbund o. dgl. erreicht werden kann.
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Schließlich empfiehlt es sich auch, die Ventilkammer, vorzugsweise
auch den Steigabschnitt, mit einem Heizelement zu umgeben, mit dem das flüssige
Metall auf hinreichend hoher Temperatur gehalten wird, um ein Erstarren des flüssigen
Metalls im Bereich von Ventilkammer und Steigabschnitt zu verhindern.
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Eine gleichzeitige Patentanmeldung der Anmelderin lehrt im wesentlichen,
bei einer Dosiereinrichtung der eingangs beschriebenen Gattung, die in der erläuterten
Weise ein Rückschlagventil zwischen Dosierleitung und Dosierbehälter aufweist, bei
längeren Arbeitsunterbrechungen eine Entleerung der Dosierleitung dadurch zu erreichen,
daß diese von dem zwischen Dosierleitung und Dosierbehälter vorgesehenen Rückschlagventil
abgehoben wird, so daß das flüssige Metall unter Umgehung des Rückschlagventils
und des Dosierbehälters unmittelbar in die Metallschmelze zurückfließt. Das läßt
sich auch im Rahmen der hier beschriebenen Erfindung ohne weiteres ausführen, wenn
dafür gesorgt wird, daß zum Entleeren der Dosierleitung das an den Steigabschnitt
angeschlossene Rückschlagventil gelüftet wird. Das kann beispielsweise dadurch erfolgen,
daß - gfls. nach Abnahme des Auflaufs von der Ventilkammer - das Rückschlagventil
mit einem geeigneten Werkzeug gelüftet, beispielsweise die Ventilkugel angehoben
wird. Ferner kann die Ventilkugel mit einer aus der Ventilkammer herausragenden
Handhabe
versehen werden. Weitere Möglichkeiten, ein Rückschlagventil lüftbar auszugestalten,
sind dem Fachmann bekannt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Dosiereinrichtung
zum Fördern von flüssigem Metall in stark vereinfachter Darstellung in Seitenansicht,
Fig. 2 einen Ausschnitt des Gegenstands der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung im
Schnitt, Fig. 3 eine vereinfachte Ausführungsform des Gegenstands der Fig. 2.
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Die in Fig. 1 in ihrem grundsätzlichen Aufbau dargestellte Dosiereinrichtung
dient zum chargenweisen dosierten Fördern von flüssigem Metall aus einer in einem
beheizbaren Tiegel 1 enthaltenen Metallschmelze 2 beispielsweise zu einer (nicht
dargestellten) Gießeinrichtung. Der Tiegel 1 ist in einer Heizeinrichtung 3 angeordnet,
durch die die Metallschmelze 2 auf der vorgesehenen Temperatur gehalten wird, und
ist durch einen Deckel 4 abgedeckt. Im Tiegel 1 ist - in die Metallschmelze 2 eingetaucht
- ein Dosierbehälter 5 angeordnet.
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Der Dosierbehälter 5 weist an seiner Unterseite einen Einlaß 6 auf,
der mit einem Rückschlagventil 7 versehen ist. Das Rückschlagventil 7 und seine
Halterung 8 sind in der DE-AS 24 49 685 ausführlich beschrieben und brauchen daher
hier nicht im einzelnen erläutert zu werden. Durch das Rückschlagventil 7 tritt
flüssiges Metall aus der Metallschmelze 2 in das Innere des Dosierbehälters 5 ein.
Zur dosierten Abgabe von flüssigem Metall wird der Dosierbehälter durch eine Druckleitung
9 mit einem Druckgas beaufschlagt, so daß das flüssige Metall durch eine im Dosierbehälter
5 angeordnete (in den Figuren nicht dargestellte) Steigleitung aus dem Dosierbehälter
5 herausgefördert wird.
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An der Oberseite des Dosierbehälters 5 ist ein Rückschlagventil 10
angeordnet, an das sich eine nach oben abgehende Dosierleitung 11 anschließt.
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Die Dosierleitung 11 ist durch eine - in der Fig. 1 nur sehr vereinfacht
angedeutete Halterung 12 gehalten und geführt und verläuft, wie die Fig. 1 deutlich
erkennen läßt, auf ihrer ganzen Länge ansteigend.
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Die Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung den Auslaßabschnitt der
Dosierleitung 11. An den im wesentlichen horizontal verlaufenden Abschnitt der Dosierleitung
11 ist mittels eines Zentrierkonus 13 lösbar ein Rohrbogen 14 angeschlossen, der
sich im wesentlichen über einen Winkel von 90 ° erstreckt, nach oben gewandt ist
und in seinem oberen Bereich folglich einen im wesentlichen senkrecht verlaufenden
Steigabschnitt 15 bildet. Der Steigabschnitt 15 kann sich selbstverständlich auch
über eine größere Länge senkrecht nach oben erstrecken, als bei dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel vorgesehen ist.
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Der Steigabschnitt 15 ist durch ein Rückschlagventil 16 abgeschlossen,
das beim Dosiervorgang durch das austretende flüssige Metall geöffnet wird. Das
Rückschlagventil 16 ist als Kugelventil ausgebildet und besteht im wesentlichen
aus einer Ventilkammer 17 und einer Ventilkugel 18. Der Steigabschnitt 15 mündet
an einer im Boden 19 der Ventilkammer 17 vorgesehenen Durchlaßöffnung 20, und der
Boden 19 ist an seiner Oberseite zur Durchlaßöffnung 20 hin eingesenkt, so daß die
Ventilkugel 18 sich unter ihrem Eigengewicht auf die Durchlaßöffnung 20 setzt. In
einer Seitenwandung 21 der Ventilkammer 17 ist eine Auslaßöffnung 22 vorgesehen,
die so bemessen ist, daß die Ventilkugel 18 nicht hindurchtreten und folglich nicht
unbeabsichtigt aus der Ventilkammer 17 austreten kann. An die Auslaßöffnung 22 schließt
sich ein verhältnismäßig steil, im Ausführungsbeispiel unter ca. 45 °, nach unten
geneigter Auslauf 23 an.
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Wie die Fig. 2 erkennen läßt, liegt das Kugelventil 16 im wesentlichen
in derjenigen horizontalen Ebene, die durch die untere Schnittkante von Steigabschnitt
15 bzw. Durchlaßöffnung 20 und Auslauf 23 verläuft, so daß beim Schließen des Kugelventils
16 allenfalls geringe Mengen von flüssigem Metall in der Ventilkammer 17 verbleiben.
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In den Auslauf 23 kann durch eine Zuleitung 24 ein Spül- oder Schutzgas
eingeleitet werden. In der Fig. 2 ist ferner angedeutet, daß der Rohrbogen 14
und
damit der Steigabschnitt 15 sowie die Ventilkammer mit einem elektrischen Widerstandsheizelement
25 umgeben sind.
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Die Fig. 3 zeigt eine einfachere Ausführungsform, bei der ein Rückschlagventil
nicht vorgesehen ist. Der Auslauf 23 ist hierbei unmittelbar an den Steigabschnitt
15 angeschlossen.
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