-
Verfahren und Vorrichtung zum Vergießen großer Metallmengen zu Ringen
durch Schleuderguß .-Es sind Verfahren zur Herstellung von .ringförmigen Gußkörpern
mittels Schleudergusses bekannt, bei welchem die Ringe dann aufgeschnitten und geradegerichtet
werden. Doch beschränkten sich diese bekannten Verfahren auf nur kleine Querschnitte
oder auf kurze Längen oder auf geringe Mengen des zu behandelnden Materials. Man
wandte ein derartiges Verfahren nur an, um die aus diesen Ringen abgeschnittenen
Stücke zu Draht auszuziehen oder auf Bleche oder ganz leichte Schienen oder Stäbe
auszuwalzen. Bei der Verarbeitung solcher kleineren Mengen begegnet man jedoch nicht
jenen Schwierigkeiten, die bei der Herstellung dickerer Gußkörper überwunden werden
müssen.
-
Um ein solches Verfahren beispielsweise zur Herstellung von Stahlringen
unmittelbar aus der flüssigen Metallmasse wirtschaftlich zu gestalten, müssen große
Metallmengen vergossen werden, da Stahl an sich meist in großen- Mengen erzeugt
wird und dann möglichst rasch in Ringform überführt werden muß, um die Ofenwärme
auszunutzen und eine gleichförmige Beschaffenheit des Ringes zu erreichen. -Bei
der Abkühlung und dem Übergang aus dem plastischen Zustand in den festen Zustand
findet bei Metallen bekanntlich eine Schwindung statt. Sie kann etwa 2 mm per dem
Länge betragen. Diese Schwindung ist kaum bemerkbar, wennverhältnismäßig kleineLängen
oderMengen oder Querschnitte von Metall in einer Schleudergußform gegossen werden.
Handelt es sich aber um größere Mengen oder größere Querschnitte, so muß man dafür
Sorge tragen, daß das Metall in der gewöhnlichen Weise schwinden kann, sonst wird
das Gefüge zu grobkörnig. Erfindungsgemäß wird ein gleichmäßiges Schwinden dadurch
erreicht, daß man die Geschwindigkeit der Form etwas verringert, wenn das Metall
bei seiner Abkühlung vom flüssigen in den teigigen Zustand übergeht. Durch diese
Verringerung der Geschwindigkeit wird - auch der Fliehkraftdruck verringert, und
der Ring kann dann schwinden, ohne daß das Gefüge grobkörnig wird, während er bei
der weiteren Abkühlung aus dem teigigen Zustand in den festen Zustand übergeht.
-
Außerdem muß das Vergießen großer Metallmengen bei hoher Temperatur
erfolgen, damit das Metall möglichst lange in der Form flüssig bleibt, so daß Gase
und Schlacken mit Sicherheit ausgeschieden werden. Man muß darauf achten, daß die
Gießtemperatur so hoch gewählt wird, daß die gesamte Metallmasse noch flüssig ist,
wenn das Gießen beendet ist, ein Gesichtspunkt,
der bei den bekannten
Verfahren für kleinere Metallmengen eine untergeordnete Rolle spielte.
-
Beim Bau der Schleuderform ist ferner zu bedenken, daß die Zentrifugalkraft
an der Innenfläche des Gußkörpers nicht wesentlich geringer sein darf als an der
Außenfläche. Es muß, mit anderen Worten, der Fliehkraftdruck längs des gesamten
Querschnittes des Ringes im wesentlichen gleich sein, da sonst eine gleichmäßige
Ausbildung des Gefüges nicht möglich ist; dies erreicht man durch geeignete Wahl
des Verhältnisses von Innendurchmesser zu Außendurchmesser des Gußkörpers.
-
Die innere Umfangsfläche eines im Schleudergußverfahren erzeugten
Ringes hat im Schnitt die Form einer Parabel. Die Kühlwirkung der Schleuderform
und der Einfluß der Schwerkraft bewirken eine besonders starke Ausprägung dieser
Parabelform. Der erzeugte Ring erhält dadurch an der Innenfläche eine Ausrundung,
die nahe der waagerechten Bodenfläche der Form in eine Rippe ausläuft. Wenn das
Arbeitsstück zu schwinden beginnt und sich in der Form abkühlt, ruft diese Rippe
unerwünschte Spannungen hervor. Auch muß diese Rippe vor dem Aufrichten oder Auswalzen
entfernt werden. Nach der Erfindung wird daher auch ein zusammenhängender oder ein
unterteilter Ring in einem Fliehkraftverfahren derart hergestellt, daß diese Gußrippe
während der Erhärtung und Abkühlung des Körpers keinen schädlichen Einfluß ausübt,
daß die Innenfläche des Ringes eine im wesentlichen zur Außenfläche parallel parabolische
Gestalt hat, daß die in dem gegossenen Metall etwa vorhandene Schlacke o. dgl. sich
in der Rippe ansammelt, daß während der Abkühlung diese ringförmige Rippe von dem
eigentlichen Körper abbricht oder abspringt oder durch eine einfache Bearbeitung
nach der Abkühlung entfernt werden kann, wodurch auch die in dem Metall enthaltenen
Unreinheiten, Schlacke o. dgl., mit weggenommen werden.
-
Das Verfahren kann mittels Vorrichtungen ausgeführt werden, die in
den Zeichnungen beispielsweise dargestellt sind.
-
Abb. i ist ein Axialschnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Formung von Ringen durch Fliehkraft.
-
Abb. 2 ist eine Draufsicht auf die Form. Abb. 3 und 4 sind Schnitte
nach 3-3 und 4-4 der Abb. 2.
-
Abb.5 ist ein Schnitt durch eine andere Schleudergußeinrichtüng zur
Erzeugung von Ringen mit einer Rippe.
-
Abb. 6 stellt diese Einrichtung iri Draufsicht dar.
-
Abb.7 gibt in größerem Maßstab einen Schnitt nach ig-ig der Abb. 6
wieder, und Abb. 8 ist ein Schnitt ähnlich dem der Abb. 7, zeigt jedoch eine Ringform,
die ohne eine besondere Höhlung zur Aufnahme der inneren Umfangsrippe ausgebildet
ist.
-
In der Vorrichtung nach Abb. x bis 4 wird ein ringförmiger Knüppels
erzeugt. Die Form besteht aus einer Bodenplatte 6 und einem Umfangsflansch 7 von
L-förmigem Querschnitt. Dieser Flansch ist mit der Bodenplatte 6 durch Schultern
und Ansätze vereinigt. Die Bodenplatte 6 der Form befindet sich auf einer Scheibe
8 mit einer Nabe oder einem Mittelansatz g und einer nach der gleichen Richtung
hin gehenden Wellenverlängerung =o, die in dem Lager z= auf dem Fundament =2 drehbar
unterstützt ist.
-
Der Innendurchmesser des Flansches 7 sollte mindestens 24o cm betragen.
Um eine derartig große Form richtig zu unterstützen, hat die Scheibe 8 einen ebenfälls
nach unten gerichteten Ringflansch =3, der auf Rollen =4 aufliegt. Diese Rollen
-sind mit Zapfen =5 ausgerüstet, und die Zapfen liegen in den Lagerböcken =6, welche
auf den Fundamenten =7 getragen `verden.
-
Zur Drehung der Form dient eine waagerechte Welle =8, die von beliebiger
Kraftquelle aus angetrieben wird: Sie hat ein Kegelrad =g in Eingriff mit einem
entsprechenden Rad 2o auf der Welle =o. Das Rad 2o befindet sich über dem Lager
=i, und die Welle =8 ist mit passenden Übertragungsvorrichtungen, wie Kupplungen
u. dgl., die hier nicht dargestellt sind, ausgerüstet.
-
Die Bodenplatte 6 der Form hat nahe dem Innenumfang einen Ringflansch
2=. Das zu vergießende Metall fließt aus der Gießpfanne 24 durch die Düse 23 in
Form eines Strahles 22 in einen besonderen Behälter 24d ein. Dieser Behälter besitzt
eine feststehende abwärts und im wesentlichen tangential zur Form verlaufende Düse
245 (Abb. 2). Die Form wird derart in Umlauf gesetzt, daß ihre Umfangsteile eine
verhältnismäßig große Geschwindigkeit annehmen, beispielsweise von iooo bis
1300 m je Minute.
-
Bei seinem Austritt aus der Düse 245 wird das Metall durch Fliehkraft
in die Höhlung der Form eingeschleudert, und es entsteht dadurch der ringförmige
Knüppel 5 von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt. Die Seiten des Knüppels
mögen =o cm betragen bei einem Außendurchmesser von mindestens 2,4 m.
-
Bei diesem Verfahren bewirkt der Fliehkraftdruck, daß das -flüssige
Metall fest und dicht in die Form eingeschleudert und dort zusammengedrängt wird
und daß dabei alle Gase, die sich bei der hohen Temperatur von über 143o ° noch
darin befinden, herausgedrückt werden. Die Unreinheiten sind bedeutend leichter
als das Metall und bilden so einen dünnen Überzug an der Innenfläche des Ringes,
von wo sie später
leicht entfernt werden können, falls dies- erforderlich
ist.
-
In der Form kann sich an einem Punkt ihres Umfangs ein Klotz 25 befinden,
der dazu dient, den Ring zu unterbrechen. Soll dann der fertige Ring nach seiner
Erhärtung und Abkühlung aus der Form entfernt werden, so werden die Klemmbolzen
26 gelöst, und der Flansch 7 kann abgehoben werden, zu welchem Zweck an dem waagerechten
Teil - des Umfangsflansches Ösen 27 angeordnet sind.
-
Die Umfangsgeschwindigkeit der Form wird auf dem obenerwähnten Höchstwert
gelassn, bis das Metall sich von dem flüssigen Zustand auf teigigen Zustand so weit
abgekühlt hat, daß es nunmehr seine Gestalt beibehält. Dann wird die Geschwindigkeit
verringert, um die Fliehkraft herabzusetzen, und während der Dauer dieser verringerten
Geschwindigkeit findet die Schwindung statt, durch welche sich der Ring von der
Außenwand der Form etwas entfernt. Falls das erzeugte Arbeitsstück aus mehreren
unabhängigen Ringteilen besteht, können diese auch in der Umfangsrichtung schrumpfen.
-
Durch Verringerung der Abmessungen des Trennungsklofzes 25, wie beispielsweise
in Abb. q. durch . die strichpunktierte Linie angedeutet ist, kann statt einer vollständigen
Zerlegung des Ringes an dieser Stelle nur eine Schwächung stattfinden, und der so
erzeugte, zunächst zusammenhängende Ring kann dann leicht gerade während der Schwindung,
an dieser Stelle springen, so daß auf diese Weise selbsttätig ein offener Ring hergestellt
wird.
-
Nach der Entfernung des Ringes aus der Form kann er an einer- Stelle
aufgeschnitten werden oder, falls der Ring bereits an einer Stelle aufgebrochen
ist, kann man ihn sofort an dieser Stelle weiteröffnen und durch Walzen geraderichten,
wobei gleichzeitig Unreinheiten, die sich an der Außenseite der inneren Ringfläche
angesammelt haben mögen, entfernt werden können.
-
Wenn im obigen auf die Herstellung eines Ringes mit einem Querschnitt
von io cm Seitenlänge hingewiesen wurde, so ist doch selbstverständlich, daß der
Randflansch 7 der Form so ausgebildet werden kann, daß er einen Ring oder Brammen
oder Knüppel von größerem Querschnitt erzeugt oder eine ringförmige Platine von
ähnlichem Querschnitt mit einer Mindestabmessung von 7,5 cm. Auch bei Ausführung
des Verfahrens in größerem Maßstab empfiehlt es sich nicht, Ringe, Brammen oder
ähnliche halbfertige Stücke herzustellen, deren Querschnittsfläche geringer ist
als ioo qcm, da die Tonnenmenge pro Ring dann zu klein werden würde. Auch haben
die kleineren Querschnitte den Nachteil, daß die Abkühlung zu weit fortschreitet,
ehe die Geraderichtung des ring-oder bogenförmigen Stückes vollständig durchgeführt
ist. Andererseits können Querschnitte von zoo qcm und mehr während ,der Geraderichtung-gleichzeitig
auf geringeren Querschnitt gebracht werden, ohne daß dabei die Herstellungskosten
wesentlich erhöht würden. Schließlich ist die Gesamtoberfläche per Gewichtseinheit
bei, größeren Querschnitten geringer, was eine entsprechende .Verringerung der Kosten
für die Entfernung der Verunreinigungen bewirkt.
-
Es Wurde oben erwähnt, daß der Mindestdurchmesser des Ringes nicht
weniger als 2,4 m sein soll. Dagegen können Ringe und dementsprechend auch Knüppel,
Brammen u. dgl. erzeugt werden, die einen größeren Durchmesser haben. Bei der Herstellung
größerer Ringe wird das Verfahren wirtschaftlich immer wertvoller. Auch werden dann
die Schwierigkeiten vermieden, die durch Einfrieren des Pfannenauslasses bei häufigem
Öffnen zum Ablassen geringer Mengen hervorgerufen werden. Schließlich ist zu berücksichtigen,
daß bei der Erzeugung einer größeren Anzahl von Ringen mit kleinerem Durchmesser
der Zeitverbrauch ein größerer ist als bei der Erzeugung eines Ringes von großem
Durchmesser. Beansprucht jedoch die Übertragung, in die Form viel Zeit, so besteht
die Gefahr, daß das Metall in der Pfanne auf eine Temperatur unter i43o ° sinkt,
wodurch ein wirtschaftlich zufriedenstellendes Ergebnis des Schleudergußverfahrens
ebenfalls ausgeschlossen wird.
-
Es wurde oben angedeutet, daß es zweckmäßig,wenn auch nicht unbedingt
notwendig ist, den Ring in einer waagerechten Ebene zu erzeugen, daß also die Welle,
um welche die Form sich dreht, senkrecht steht. Bei dieser Anordnung ist der Einfluß
der Schwerkraft auf das Metall an allen Stellen der gleiche während der ganzen Dauer
der Erzeugung. Bei dieser Anordnung werden weiterhin eine Reihe von Schwierigkeiten
vermieden, die sonst bei der Herstellung größerer Gußstücke im Schleuderguß auftreten.
Ist beispielsweise die Drehachse waagerecht oder ist der Durchmesser der Form selbst
nur klein, so ist die Resultante aus der Schwerkraft und Fliehkraft nicht an allen
Stellen des Umfangs der Form. gleich. Dadurch wird das eingeführte Metall ungleichmäßig
verteilt und infolge dieser ungleichmäßigen Verteilung können Eigenschwingungen
derForm und Metallmasse zustände kommen, so daß eine übermäßige Abnutzung der beweglichen
,Teile zu befürchten ist. Auch haben gerade diese Eigenschwingungen, namentlich
wenn sie in übermäßiger Stärke auftreten, das Bestreben, das kristallinische Gefüge
des Metalles zu vergröbern.
-
Die Metallausbeute bei bekannten Verfahren zur Erzeugung von Brammen,
-Knüppeln oder Platinen, bei welchen das Metall erst in Blockform gegossen wurde
und dann in einer Heizgrube
für längere Zeit erhalten blieb, um
schließlich einem Vorwalzwerk zugeführt zu werden, war nur ungefähr 8o bis 8504.
Im Gegensatz dazu ist die Ausbeute an nutzfähigem Metall nach dem vorliegenden Schleudergußverfahren
ungefähr go bis 950/,. Außerdem fallen auch noch die Vorwalzwerke und die Anordnung
von Heizgruben fort. Dadurch werden die Anlage- und auch die Betriebskosten verringert.
Auch ist die zur Erzeugung von Brammen, Platinen und Knüppeln erforderliche Zeit
bei dem vorliegenden Verfahren demnach eine viel kürzere als die Zeitdauer bei den
älteren Verfahren. Trotz dieser Ersparnis in Arbeitskosten, in Anlage- und Betriebskosten
und in Zeit ist das Erzeugnis nach dem vorliegenden Verfahren in höherem Maße fehlerfrei
als die Erzeugnisse der bekannten Verfahren.
-
Die oben gemachten Angaben betreffend die Gießtemperatur und sonstige
Einzelheiten des Verfahrens beziehen sich auf - das Vergießen von Stahl. Die Erfindung
beschränkt sich jedoch nicht auf dieses Metall, sondern kann ebenso zur Herstellung
von Halbfabrikaten aus Aluminium und anderen Metallen benutzt werden.
-
Die in Abb. 5 bis 7 dargestellte Einrichtung ist im wesentlichen dieselbe
wie die in Abb. i bis 4- gezeigte. Der Unterschied ist nur der, daß die Ringplatte
6a und ihr Flansch 7a so ausgebildet sind, daß das in sie eingeführte Metall zu
einem Ring 5" von trapezförmigem Querschnitt wird. Das Fußlager ii der Unterstützungswelle
To sitzt bei dieser Ausführungsform in einem Gehäuse ii' auf einem Pfosten i2 eines
Betonfundamentes i2', und die Lager 16 werden von einem besonderen Tragrahmen 16'
gehalten. In dieser Abbildung ist auch bei i8' ein Motor zum Antrieb der Welle 18
angedeutet. Nach Abb. 7 hat die Grundplatte 611 dieser FOFm bei 28 einen Ansatz
zum Eingriff auf die besonders ausgebildete Schulter 29 des Randflansches 7a. Dieser
Flansch hat eine nach unten ragende Rippe 3o, die in einer Ringaussparung 31 der
Scheibe 8 sitzt. Die Formhöhle wird durch die Flächen 35, 36 des Flansches 7a einerseits
begrenzt und andererseits durch die Fläche 37 des Formringes 6a. Die Fläche 37 stößt
in einem stumpfen Winkel an die vorzugsweise zylindrische Fläche 48 des Formringes
an, wie bei 47 gezeigt. Diese zylindrische Fläche erhebt sich von der waagerechten
Fläche 49 des Formringes 6a bei 50, und es entsteht dadurch beim Eintritt des geschmolzenen
Metalls und infolge der Drehung der Form in diesem Winkel zwischen den Flächen 48
und 49 eine Füllrippe. Die Höhlung der Form kann also in dieser Weise unterteilt
sein längs einer Umfangslinie 38, welche sich an der äußeren unteren Ecke des Ringes
5a hin erstreckt. Die Klemmbolzen 26 sind auch bei dieser Ausführungsform schwingbar
um die Zapfen 32 der Scheibe B. Sie stehen in Eingriff mit Querschienen 33 und klemmen
sich gegen Ansätze 34 an dem Flansch 711. Der Überleitkasten 24a besteht nach. Abb.
5 und 6 aus einem Trog 42, der aus Metall besteht und bei 43 eine feuerfeste Ausfütterung
aufweist. In die Höhlung 44 dieses Troges tritt das Metall aus der Ausgußtülle 23
der Pfanne 24 ein. Diese Übertragungspfanne 24a sitzt auf einem besonderen Gestell
41 am Köpfende einer senkrechten Stange 40,. die in dem Ständer 39 drehbar gelagert
ist. Die Hebel 45 und 46 dienen dazu, dieses Gestell 41 zu heben oder zu senken
und es so zu schwingen, daß die Übertragungspfanne 2411 entweder in die Gußstelle
gebracht oder in eine Lage gedreht werden kann, in welcher die Pfanne 24a abgenommen
werden kann, um@ so die Entnahme des fertiggestellten Ringes aus der Form zu ermöglichen.
-
Bei der Einführung des flüssigen Metalls in dieser Schleuderform entsteht
demnach der Ringkörper 511, dessen Querschnitt R innen durch eine nahezu parabolische
Linie r begrenzt ist. Überschüssiges Metall sammelt sich in der Ecke, die durch
die Flächen 48, 49 gebildet wird, und es entsteht dadurch eine Umfangsrippe F, deren
Oberfläche ebenfalls parabolisch gekrümmt ist. Der Ring R und dieser Ansatz sind
nur durch einen dünnen Metallgrat T miteinander verbunden.
-
Da die ungleich großen Massen des hergestellten Ringkörpers nicht
in demselben Maße schwinden oder schrumpfen, kann die Kreisrippe F an dieser dünnen
Stelle T leicht abbrechen. Man kann jedoch die Rippe auch nach der Herstellung des
Ringes auf beliebige Weise entfernen, nachdem der-ganze Ring aus seiner Form herausgenommen
wurde. Schlacke und andere Unreinheiten, die sich in der Rippe F sammeln, werden
auf diese Weise leicht aus dem Gußstück entfernt.
-
In Abb. 8 ist ein Ring dargestellt, der diese einspringende Kreisrippe
nicht aufweist. Der Ring R' nach dieser Ausführungsform hat zwar auch eine parabolische
Innenfläche y', die als Rippe F' ausläuft. Hier muß jedoch die Abtrennung durch
Einschnitte nahe der stärksten Stelle des hergestellten Gußstückes erfolgen, ehe
die Walzarbeiten ausgeführt werden können.