DE3131819A1 - "verschlussplattenpaar fuer einen schiebeverschluss" - Google Patents

Description

Stopinc Aktiengesellschaft, Baar (Schweiz) Fall·· 3144

Verschlussplattenpaar für einen Schiebeverschluss . .

Die Erfindung betrifft ein Verschlussplattenpaar für einen Schiebeverschluss, mit Durchflussöffnungen, welche an Gleitflächen münden, entlang denen die Platten bei Betätigung des Verschlusses sich gegeneinander verschieben.

Bei der Abflussregulierung flüssiger Metalle, insbesondere Stahl, sind die Verschlussplatten von Schiebeverschlüssen trotz Verwendung hochwertiger Feuerfestmaterialien bekanntlich einem intensiven Verschleiss ausgesetzt. Die Bohrungen in den Platten und den anschliessenden Feuerfestteilen erfahren durch die ausströmende Schmelze eine fortlaufende Quer schnitt serweiterung. Weit schädlicher ist aber der Umstand, dass in Zwischenstellungen des Schiebers - während dem Oeffnen und Schliessen sowie beim gedrosselten Giessen - Teile der Lochkanten und angrenzende Bereiche der Gleitflächen der strömenden Schmelze ausgesetzt sind und wegen der dort vorhandenen Verengung des Durchflusskanals besonders stark angegriffen werden. Dieser seit langem bekannte und beschriebene Sachverhalt (CH-PS 528 942, Fig. 2 und 3) ist in der Regel bestimmend für die Zahl der mit einem Plattensatz durchführbaren Abgüsse,, indem die fortschreitende Erosion der Gleitflächen in den genannten Bereichen schliesslich einen dichten Abschluss verunmöglicht, worauf die Platten ausgewechselt werden müssen. Dabei ist die Beurteilung der eingebauten Platten jeweils nach einem Abguss, ob der Verschleisszustand eine nochmalige

sichere Verwendung zulässt, wegen der beschränkten Sicht auf die Gleitflächen nicht ganz einfach und erfordert eine gewisse Erfahrung.

Zur Verminderung des erwähnten Kantenverschleisses wurde eine stufenförmige Erweiterung wenigstens einer der Durchflussöffnungen gegen die Gleitfläche hin vorgeschlagen (DE-OS 20 14 331). Dies bedingt allerdings, bei gegebenem Bohrungsdurchmesser, eine erhebliche Verlängerung des Verschiebeweges zwischen offener und geschlossener Stellung sowie eine verminderte Plattenüberdeckung quer zum Verschiebeweg. Deshalb würde sich dieser Vorschlag nur mit einer relativen Vergrösserung der Plattenflächen und damit des ganzen Verschlusses verwirklichen lassen.

Gemäss einem weiteren Vorschlag soll die Schieberplatte entlang der Durchflussbohrung und an der Gleitfläche mit einem besonderen Einsatz aus hochhitzebeständigem, metallischem Hartstoff, z.B. einem metallkeramischen Verbundwerkstoff versehen werden, um die vom Verschleiss betroffenen Stellen zu schützen (DE-OS 19 37 742). Hierbei führt jedoch der unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizient von Einsatz- und Trägermaterial zu Schwierigkeiten, . und die Herstellung solcher Platten ist natürlich wesentlich teurer.

Demgegenüber besteht die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe darin, die geschilderten Verschleisserscheinungen an den Verschlussplatten bzw. deren Auswirkungen zu mindern und besser zu beherrschen, ohne wesentliche Nachteile, wie sie den bekannten Lösungsvorschlägen anhaften, in Kauf nehmen zu müssen.

Die erfindungsgemässe Lösung besteht darin, dass die Durchflussöffnungen an beiden Platten eines Plattenpaares wenigstens im Bereich ihrer Mündung zur Gleitfläche durch zwei gerade Wandabschnitte, welche die Verschieberichtung unter gleichen, vorzugsweise rechten Winkeln schneiden, begrenzt sind und die Enden dieser Wandabschnitte durch zwei in Verschieberichtung verlaufende Wandabschnitte verbunden sind.

-J

Durchflussöffnungen gemäss der Erfindung lassen sich auf einfache Weise herstellen, jedenfalls ohne wesentlichen Mehraufwand gegenüber den gebräuchlichen runden Bohrungen. Dies kann z.B. durch Umpressen eines entsprechenden Stempels oder Kerns erfolgen, im gleichen Arbeitsgang, mit dem die Platten ihre Rohgestalt erhalten. Der Haupt vorteil der Erfindung wird darin gesehen, dass sich im Vergleich mit runden Durchflussöffnungen kleinere und günstiger geformte Verschleissflächen auf den Platten-Gleitflächen ergeben, wie weiter unten noch näher dargelegt wird. Ferner sind die Kantenteile, welche in Zwischenstellungen des Schiebers freiliegen, immer gleich gross und im Mittel kürzer als bei' rundem Lochquerschnitt.

Nach der Erfindung ist der Oeffnungsquerschnitt im' Falle von drehbeweglichen Schiebeverschlüssen (Dreh- oder Schwenk-Schiebeverschluss) ein Kreisringsektor und im Falle des Linear-Schiebeverschlusses ein Parallelogramm. Während bisher in der Praxis ausschliesslich Verschlussplatten mit kreisrunden Durchflussöffnungen verwendet werden, sind vereinzelt auch schon unrunde Oeffnungsquerschnitte vorgeschlagen worden,so z.B. in der DE-OS 19 10 247 und der DE-AS 20 06 523. Dabei geht es im wesentlichen um die Erzielung einer bestimmten Regelcharakteristik (Durchflussquerschnitt in. Abhängigkeit vom Verstell weg), während das Problem des Kantenverschleisses, welches der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, dort bestehen bleibt.

Nachstehend wird die Erfindung, insbesondere auch deren in den Unteransprüchen angeführten Varianten, im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und Fig. 2 je einen Vertikalschnitt durch das Verschlussplattenpaar bei einem Dreh- bzw. einem Linear-Schiebeverschluss (schematisch),

Fig. 3 in Draufsicht auf einen Teil der überdeckten Verschlussplatten, die Verhältnisse bei einem Drehschiebeverschluss bekannter Ausführung mit kreisrunden Durchflussöffnungen,

— ο - -

Fig. 4 in ähnlicher Darstellung wie in Fig. 3 das Verschlussplattenpaar gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 dasselbe Ausführungsbeispiel wie nach Fig. 4, jedoch'in perspektivischer Darstellung und mit den Verschlussplatten bzw. Durchflussöffnungen in Drosselstellung,

Fig. 6 eine bevorzugte geometrische Form des Oeffnungsquerschnittes beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines für einen Linear-Schiebeveirschluss bestimmten Verschlussplattenpaares in Draufsicht, und

Fig. 8 und 9 weitere Varianten von Oeffnungsquerschnitten an einem Verschlussplattenpaar nach der Erfindung.

Die Prinzipdarstellung nach Fig. 1 lässt die beiden Verschlussplatten eines Drehschiebeverschlusses erkennen, nämlich die obere, ortsfeste Bodenplatte 1 und die · Schieberplatte 2, welche um die Mittelachse' 3 drehbar ist, wie mit dem Pfeil 10 angedeutet. Jede Platte des Plattenpaares 1,2 ist mit mindestens einer Durchflussöffnung 5,6 versehen; in bekannter Weise kann die Schieberplatte 2 mehrere Durchflussöffnungen mit gleichem oder unterschiedlichem Querschnitt aufweisen.. Die aus Hochwert-Feuerfestmaterial gefertigten Verschlussplatten berühren einander an ihrer Gleitfläche 4, entlang welcher sie sich bei Betätigung des Verschlusses gegeneinander verschieben. Dabei ist zu unterscheiden zwischen der Offenstellung (Durchflussöffnungen miteinander fluchtend), Drosselstellung (Oeffnungen teilweise versetzt) und Schliessstellung (Oeffnungen vollständig versetzt). Die an die Verschlussplatten oben und unten anschliessenden, zusammen mit den Durchflussöffnungen einen Giesskanal bildenden und im allgemeinen hülsenförmigen Feuerfestteile 7 und 8 sind strichpunktiert angedeutet.

Die Prinzipdarstellung nach Fig. 2 zeigt die entsprechende Situation bei einem Lineair-Schiebeverschluss mit der ortsfesten Bodenplatte 11 und der beweglichen Schieberplatte 12. Die letztere ist entlang den Gleitflä-

chen 14 in Richtung des Pfeiles 13 verschiebbar, um die Durchflussöffnungen 15,16 aus der dargestellten Schliessstellung in die Offenstellung oder eine Drosselstellung zu bringen. Auch im Falle des Linear-Schiebeverschlusses kann die Schieberplatte in bekannter Weise mehrere, in Schieberichtung versetzte Durchflussöffnungen aufweisen. Strichpunktiert angedeutet sind wiederum die an das Plattenpaar oben und unten anschliessenden feuerfesten Hülsen 17 und 18. ". .

Die vorstehenden Ausführungen zu den Fig. 1 und 2 treffen.für Verschlussplattenpaare von Dreh- bzw. Linear-Schiebeverschlüssen bekannter wie auch erfindungsgemässer Ausführung zu. Die Fig. 3 veranschaulicht einen für den Plattenverschleiss wesentlichen Sachverhalt bei einem Drehschiebeverschluss bzw. dessen Verschlussplatten 1,2 bekannter Ausführung, nämlich mit Durchflussöffnungen 5 und 6 von kreisrundem Querschnitt. Die beiden Platten sind in Schliessstellung gezeichnet, in welcher die Oeffnung 6 der Schieberplatte um ein den dichten Verschluss gewährleistendes Mass gegenüber der Oeffnung 5 in der Bodenplatte versetzt ist. Von den kreisförmigen Lochkanten im Bereich der Dichtflächen sind im Betrieb diejenigen Kantenteile dem stärksten Verschleiss unterworfen, welche an den beiden Oeffnungen einander zugekehrt sind, weil diese Kantenteile beim Oeffnen zuerst und beim Schliessen bis zuletzt der durchströmenden Schmelze ausgesetzt sind. Dieser starke Kantenverschleiss tritt erfahrüngsgemäss etwa über dem halben Lochumfang auf. Auch die angrenzenden Bereiche der Gleitflächen an beiden Platten werden zunehmend von der Schmelze angegriffen. In der Folge kommt es jeweils während der Schliessbewegung zum Hineinziehen von Schmelze zwischen die beiden Verschlussplatten, wobei diese geringen Schmelzemengen zum unverzüglichen Erstarren neigen. Neuere Beobachtungen und Versuche haben bestätigt, dass tatsächlich zwischen den Platten "Blechstücke" etwa von der Gestalt der schraffierten Fläche 26 in Fig. 3 entstehen. Solche "Blechstücke" oder "Keile" bilden natürlich ein erhebliches Hindernis zwischen den Platten bei einer nächsten Oeffnungsbewegung, indem sie zwischen den Gleitflächen keine Ausweichmöglichkeit haben (wegen ihrer Gestalt auch nicht in die Oeffnung 6 der Schieberplatte hinein). Der Vorgang wiederholt und verstärkt sich bei jeder Betätigung und die zunehmende Beschädigung der Gleitflächen macht

einen immer grösseren Ueberdeckungsweg notwendig, bis die Platten schliesslich unbrauchbar sind.

Der geschilderte, gewaltsame Materialabrieb durch zwischen den Platten erstarrte Metallteile kann in vielen Fällen die Brauchbarkeit der Platten weit früher beenden, als die Erosion infolge der durchströmenden Schmelze. Diesem Umstand begegnet die Erfindung durch eine besondere Gestaltung der Oeffnungsquerschnitte an beiden Verschlussplatten.

Die Fig. L, und 5 veranschaulichen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindunsgemässen Verschlussplattenpaares, ebenfalls für einen Dreh-Schiebeverschluss. Beide Platten 1 und 2 weisen identische Durchflussöffnungen 5' bzw. 6' auf. Jede der Oeffnungen ist durch zwei gerade Wandabschnitte 21 begrenzt, welche die Verschieberichtung (angedeutet durch den Kreisbogen'10) rechtwinklig schneiden, sowie durch zwei weitere Wandabschnitte 22, welche jeweils die Enden der Wandabschnitte 21 verbinden und sich in der Verschieberichtung erstrecken (bei der Drehbewegung ist die Verschieberichtüng an jeder Stelle tangential, weshalb ein "in Verschieberichtung" verlaufender Wandabschnitt eine Zylinderfläche und ein "die Verschieberichtung rechtwinklig schneidender" Wandabschnitt eine radial gerichtete Fläche bildet). Der Oeffnungsquerschnitt bei Verschlussplatten für einen Dreh-Schiebeverschluss entspricht somit einem Kreis ring sektor. Dieser Oeffnungsquerschnitt muss gemäss der Erfindung an beiden Platten jedenfalls im Bereich der Mündung der Durchflussöffnung zur Gleitfläche 4 vorhanden sein. Der Querschnitt kann, wie aus Fig. 5 ersichtlich, über die gesamte Plattendicke die gleiche Gestalt beibehalten oder er kann, davon abweichend, sich zur gegenüberliegenden Plattenseite hin verändern, also beispielsweise in eine Kreisform übergehen.

Die Vorteile der erfindungsgemässen Querschnittsform der Durchflussöffnungen 5' und 6¹ ergeben sich aus den Fig. U und 5 im Vergleich mit der Fig. 3: während des Giessens in Drosselstellung (Fig. 5) liegen immer nur die geraden Mündungskanten der einander zugekehrten radialen Wandabschnitte 21 und die angrenzenden Flächenbereiche 25 (Fig. 5) frei, während alle übrigen Kantenteile, also etwa 3/4 des Umfanges immer über-

deckt sind. Die angrenzenden, erodierten Bereiche 25 der Gleitflächen sind dadurch viel kleiner als die entsprechenden Bereiche 26 im Falle von bekannten, runden Durchflussöffnungen (Fig. 3). Noch bedeutsamer ist, dass in der Schliessstellung (Fig. 4) im Bereich 25 sich bildende, erstarrte "Blechteile" oder "Zungen" eine solche Gestalt haben, dass sie beim anschliessenden Oeffnen des Verschlusses sich nicht zwischen den Platten verklemmen, sondern ohne weiteres in den Oeffnungsquerschnitt hinaus geschoben werden, ohne Schaden anzurichten. (Zwecks richtigem Vergleich der Flächenbereiche 25 und 26 sind den Fig. 3 und 4 gleich grosse Oeffnungsquerschnitte auf gleichem mittlerem Radius und gleich grosser Ueberdeckungsweg - geringster Kanten.abstand der beiden Oeffnungen - zugrunde gelegt.) Die Fig. 5 lässt auch erkennen, dass nach erfolgtem Abguss das Ausmass des Verschleisses entlang den erwähnten Arbeitskanten und Flächenbereichen sich sehr gut von aussen beobachten lässt (in einer Zwischenstellung der Oeffnungen etwa ,nach Fig. 5), was bei runden Oeffnungen nicht so einfach ist. ' .

Die Fig. 6 dient zur Erläuterung einiger geometrischer Ueberlegungen zum Oeffnungsquerschnitt. Ein .ausgewogenes Verhältnis zwischen Breite (in radialer Richtung) und Länge (in Verschieberichtung) des Oeffnungsquerschnittes 5' (bzw. 6') ergibt sich dann, wenn alle Wandabschnitte gemäss Fig. 6 einen gedachten eingeschriebenen Kreis 24 berühren. Von dieser Regel kann aber gegebenenfalls auch abgewichen, werden, indem die Oeffnungslänge von der "Inkreis-Berührung" abweichend gewählt wird. Es können also zum Beispiel die Oeffnungen der Bodenplatte und der Schieberplatte eine grössere, jedoch unter sich gleiche Länge aufweisen, oder es können mehrere Oeffnungen der Schieberplatte untereinander verschiedene Längen haben; mit Vorteil wird dagegen die Breite der miteinander zusammenwirkenden Oeffnungen in Boden- und Schieberplatte immer gleich gewählt und natürlich auf gleichem Radius, so dass die Kanten entlang den Wandabschnitten 22 nie freiliegen. " ·

In der Fig. 6 ist zum Vergleich auch ein kreisrunder Querschnitt 5 mit der gleich grossen. Fläche wie ein erfindungsgemässer Querschnitt 5' einge-

zeichnet. Daraus geht hervor, dass der minimale Verschiebungsweg s' zwischen Oeffnungs- und Schliessstellung nach der Erfindung kleiner ist als der Verschiebungsweg s für einen kreisrunden Querschnitt. Ausserdem ist auch die (rndiale) Breite eines erfindungsgemässen Querschnittes 5' kleiner als eine gleich grosse Kreisfläche 5, was ermöglicht, die Oeffnung 5' auf der Platte auf einem grösseren (mittleren) Radius anzubringen.

Die weiteren Ausführungsbeispiele nach Fig. 7 bis 9 beziehen sich auf Verschlussplatten für einen Linear-Schiebeverschluss. (in Verbindung mit Fig. 2). Die Fig. 7 zeigt ein Verschlussplattenpaar 11,12 mit je einer Durchflussöffnung 15' bzw. 16' auf der Mittelachse- angeordnet, welche zur Verschieberichtung 13 parallel verläuft. Jede der (in Schliessstellung gezeichneten) Durchflussöffnungen ist durch zwei die Verschieberichtung rechtwinklig schneidende Wandabschnitte 31 und zwei weitere Wandabschnitte 32, welche in der Verschieberichtung verlaufen und jeweils zwei Enden der Abschnitte 31 verbinden, begrenzt. Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 7 ist der Oeffnungsquerschnitt ein Quadrat, d.h. alle Wandabschnitte, berühren einen gedachten eingeschriebenen Kreis bzw. die Länge der Oeffnung ist gleich ihrer Breite.

Sämtliche weiter oben in Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 6 gemachten Ausführungen bezüglich Verhältnisse beim Dreh-Schiebeverschluss., insbesondere auch die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 im Vergleich zu runden Durchflussöffnungen, gelten sinngemäss auch für Ausführungsbeispiele beim Linear-Schiebeverschluss. Dies ergibt sich daraus, dass eine Dreh- bzw. Schwenkbewegung bei unendlich gross angenommenem Drehradius in eine Linearbewegung übergeht.

Die Fig. 8 veranschaulicht eine Variante, bei welcher die einen Wandabschnitte 33 die Verschieberichtung nicht rechtwinklig, sondern schiefwinklig, jedoch unter gleichen Winkeln schneiden. Im Falle des Linear-Schiebeverschlusses bilden die Wandabschnitte 32 und 33 dann ein schiefwinkliges Parallelogramm (Rhombus oder Rhomboid). Diese Variante- lässt sich ebenfalls sinngemäss auf Durchflussöffnungen an Verschlussplatten für einen Dreh-Schiebeverschluss übertragen.

Die Fig. 9 zeigt .schliesslich eine Ausführungsform, bei der die Wandabschnitte 31 durch zwei längere, in Verschieberichtung verlaufende Wandabschnitte 34 verbunden sind. Der so gebildete Rechteckquerschnitt entspricht der im Zusammenhang mit dem Dreh-Schiebeverschluss bereits beschriebenen Variante eines Kreisring-Sektors mit gegenüber der Inkreis-Berührung grösserer Länge.

Claims (5)

1. R.I 9

   Patentansprüche

   fly Verschlussplattenpaar für einen Schiebeverschluss, mit Durchflussöffnungen, welche an Gleitflächen münden, entlang denen die Platten bei Betätigung des Verschlusses sich gegeneinander verschieben, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussöffnungen (5¹,6';15',16') beider Platten (1,2; 11,12) wenigstens im Bereich ihrer Mündung zur Gleitfläche (4,14) durch zwei gerade Wandabschnitte (21,31,33)» welche . . · die Verschieberichtung (10,13) unter gleichen, vorzugsweise rechten Winkeln schneiden, begrenzt sind und die Enden dieser Wandabschnitte durch zwei in Verschieberichtung verlaufende Wandabschnitte (22,32, 34) verbunden sind. ' ^
2. 2. Verschlussplattenpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vier den Oeffnungsquerschnitt im genannten Mündungsbereich begrenzenden Wandabschnitte (21,22; 31 »32) einen gedachten eingeschriebenen Kreis (24) berühren.
3. 3. Verschlussplattenpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Verschieberichtung (10,13) schneidenden Wandabschnitte einen im Vergleich zur Irikreisberührung (Anspruch 2) grösseren Abstand aufweisen und durch· entsprechend längere in Verschieberichtung verlaufende Wandabschnitte (34) verbunden sind (Fig. 9).
4. 4. Verschlussplattenpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die vier genannten Wandabschnitte begrenzte Oeffnungsquerschnitt über die gesamte Plattendicke gleich wie f im Mündungsbereich ist.

   3131 s 19
5. 5. Verschlussplattenpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Oeffnungsquerschnitt sich über die Plattendicke verändert und von der im Mündungsbereich gegebenen Gestalt z.B. in eine Kreisform auf der gegenüberliegenden Plattenseite übergeht.