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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung:
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Die
Erfindung betrifft Metallgießen.
Spezieller betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Dosieren von flüssigem
Metall während des
Metallgießens.
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Beschreibung des Standes
der Technik:
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Dosierschieber
mit drei Platten werden verwendet, um die Durchflussmenge von aus
einem Gießbehälter, wie
einer Zwischenpfanne, austretendem flüssigem Metall zu steuern. Zum
Beispiel kann ein Dosierschieber verwendet werden, um die Durchflussmenge
von flüssigem
Stahl zu steuern, der aus dem Zwischenbehälter einer Stranggießmaschine
in eine Form fließt.
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Ein
Dosierschieber besteht aus einer Anordnung von Feuerfestkomponenten,
von denen jede einen Strömungs-
bzw. Fließkanal
aufweist. Die Fließkanäle (d.h.
die Öffnungen
oder Bohrungen) in den Feuerfestkomponenten werden so zusammengesetzt,
dass ein vollständiger
Fließkanal
durch den Schieber bereit gestellt wird, der mit dem Gießbehälter in
Fluidverbindung steht und durch den man das flüssige Metall fließen lassen
kann.
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Die
Feuerfestkomponenten des Dosierschiebers werden zusammengesetzt
und durch mechanische Mittel so zusammen geklemmt, dass sich eine Komponente,
eine Drosselplatte, in der Dosierschieberanordnung in seitlicher
Richtung verschieben kann, um die Durchflussmenge des flüssigen Metalls durch
den Schieber zu steuern. Indem man die Drosselplatte in verschiedene
Stellungen verschiebt, kann der Schieber entweder geschlossen, teilweise
offen oder vollständig
offen sein, um die aus dem Gießbehälter austretende
Durchflussmenge zu steuern.
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Mit
der Steuerung der Strömung
von aus einem Zwischenbehälter
austretendem flüssigem
Stahl mittels Dosierschiebern sind typischerweise mehrere Probleme
verbunden. Diese Probleme schließen ein: (1) Biegung der Metallströmung in
den Fließkanälen des
Schiebers, was eine übermäßige Turbulenz
und einen asymmetrischen Austrag von flüssigem Metall verursachen kann;
(2) starke ungleichmäßige Verstopfung
der Fließkanäle durch
die Ansammlung von metallischen und nicht-metallischen Substanzen,
die an den Kanalwänden
anhaften, mit einem anschließenden
Verlust der Fähigkeit,
die gewünschte
Durchflussmenge und Reibungslosigkeit des Flüssigmetallaustrags zu erzielen;
und (3) örtliches
und beschleunigtes Erodieren einer Feuerfestkomponente des Dosierschiebers
mit nachfolgender Verunreinigung des flüssigen Metalls und potentiellem
Steuerungsverlust oder Metallaustritt.
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Bezug
nehmend auf die 1 und 2, besteht
eine Drei-Platten-Dosierschieberanordnung 10 (nachfolgend "Schieber 10") typischerweise
aus fünf
Grundkomponenten: einer Schachtdüse 20,
einer oberen Platte 30, einer Drosselplatte 40,
einer unteren Platte 50 und einem Auslassrohr 60.
Flüssiges
Metall (nicht dargestellt) fließt
am oberen Ende in den Schieber 10 hinein und fließt am unteren
Ende aus dem Schieber 10 heraus.
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Die
Schachtdüse 20 ist
eine Röhre,
die den Eintritt von aus dem Gießbehälter (nicht dargestellt) fließendem flüssigem Metall
in eine Fließkanalbohrung 22 am
oberen Ende der Schachtdüse 20 gestattet.
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Die
obere Platte 30 steht mit der Unterseite der Schachtdüse 20 im
Kontakt und enthält
eine Fließkanalbohrung 32.
Die Mittelachse 35 der Fließkanalbohrung 32 in
der oberen Platte 30, wie in 2 dargestellt,
fluchtet mit der Mittelachse 25 der Fließkanalbohrung 22 in
der Schachtdüse 20.
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Die
Drosselplatte 40 steht im Kontakt mit der Unterseite der
oberen Platte 30. Der Schieber 10 ist so ausgelegt,
dass sich die Drosselplatte 40 in Bezug zu den anderen
Komponenten des Schiebers 10 in seitlicher Richtung verschieben
kann. Die untere Platte 50 steht im Kontakt mit der Unterseite
der Drosselplatte 40 und enthält eine Fließkanalbohrung 52.
Die Mittelachse 55 der Fließkanalbohrung 52 in der
unteren Platte 50 fluchtet mit der Mittelachse 25 der
Fließkanalbohrung 22 in
der Schachtdüse 20.
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Das
Auslassrohr 60 steht im Kontakt mit der Unterseite der
unteren Platte 50 und enthält eine Fließkanalbohrung 62.
Die Mittelachse 65 der Fließkanalbohrung 62 im
Auslassrohr 60 fluchtet mit der Mittelachse 25 der
Fließkanalbohrung 22 in
der Schachtdüse 20.
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Die
Mittelachsen 25, 35, 55 und 65 der
Fließkanäle 22, 32, 52 und 62 in
der Schachtdüse 20,
der oberen Platte 30, der unteren Platte 50 bzw
dem Auslassrohr 60 fluchten miteinander und bilden zusammen
die "Hauptmittelachse" 15 des
Schiebers 10.
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Wie
in den 3 - 5 dargestellt, verschiebt sich
die Drosselplatte 40 zwischen einer vollständig offenen
(3), einer teilweise offenen (4)
und einer geschlossenen (5) Stellung. Wie in 4 dargestellt,
wird die Drosselplatte 40 während des Normalbetriebs typischerweise
in eine teilweise offene Stellung gebracht, so dass die Durchflussmenge
von flüssigem
Metall durch den Schieber 10 auf die gewünschte Durchflussmenge dosiert,
d.h. eingestellt und gesteuert werden kann. Wie in 3 dargestellt,
nimmt die Drosselplatte 40 eine vollständig offene Stellung ein, um
den Strom von flüssigem
Metall durch den Schieber 10 zu maximieren. Wie in 5 dargestellt,
kann die Drosselplatte 40 eine geschlossene Stellung einnehmen,
die den Strom von flüssigem
Metall durch den Schieber 10 unterbrechen würde.
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Dosierschieberkomponenten
können
kombiniert oder unterteilt werden. Um die Anzahl von Komponenten
zu verringern, kann ein Schieber 710 zum Beispiel aus nur
drei Teilen bestehen, wie in 6 dargestellt,
bei denen die Schachtdüse
mit der oberen Platte unter Bildung einer ersten Komponente 712 kombiniert
sein kann, und/oder die untere Platte unter Bildung einer zweiten
Komponente 714 mit dem Auslassrohr kombiniert sein kann,
wobei sie mit einer Drosselplatte 740 selektiv in Fluidverbindung gebracht
werden. Um das Auslassrohr eines Schiebers 810 mit einer
Schachtdüse 812,
einer Drosselplatte 813 und einer unteren Platte 814 leichter
ersetzen zu können,
kann die untere Platte 814 in zwei Platten 816 und 818 unterteilt
sein, wie in 7 dargestellt.
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Verschiedene
Abwandlungen der grundsätzlichen
Drei-Platten-Schieberkomponenten
werden verwendet. Anders als der in den 1 - 5 dargestellte
Schieber, bei dem die Schachtdüse 20 eine Bohrung 22 mit
verjüngtem
Konusquerschnitt aufweist und die Bohrungen 32 und 52 in
den Platten 30 und 50 sowie die Bohrung 62 des
Auslassrohrs 60 einfache Zylinder bilden, wie in 8 dargestellt, kann,
wie in 8 dargestellt, ein Schieber 110 zum Beispiel
eine Schachtdüse 120 mit
einer zylindrischen Bohrung 122 und eine obere Platte 130 mit
einem konischen Bohrungsquerschnitt 132 aufweisen, wobei
die Bohrungen in der Drosselplatte 140, der unteren Platte 150 und
dem Auslassrohr 160 dieselben wie bei dem Schieber 110 aus
den 1 - 5 sind. Wie in 9 dargestellt,
kann ein Schieber 210 auch sowohl in der Schachtdüse 220 und
in der oberen Platte 230 konische Bohrungsquerschnitte 222 und 232 aufweisen,
wobei die Bohrungen in der Drosselplatte 240, der unteren
Platte 250 und dem Auslassrohr 260 dieselben wie
bei dem Schieber 110 aus den 1 - 5 sind,
und, wie in 10 dargestellt, kann ein Schieber 310 eine
Schachtdüse 320 mit
einer parabolisch geformten Bohrung 322 und eine obere
Platte 330 mit einer konisch geformten Bohrung 332 aufweisen,
wobei die Bohrungen in der Drosselplatte 340, der unteren
Platte 350 und dem Auslassrohr 360 dieselben wie
bei dem Schieber 110 aus den 1 - 5 sind.
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11 veranschaulicht
eine andere Abwandlung eines Schiebers 410, wo eine zylindrische Bohrung 442 in
der Drosselplatte 440 unter einem Winkel zur Plattenoberfläche 443 geneigt
ist, in einem Versuch, die Strömung
durch die Drosselplatte 440 zurück in Richtung der Hauptmittelachse 415 des Schiebers 410 zu
lenken. Die 12 und 13 veranschaulichen
eine teilweise offene bzw. geschlossene Schieberstellung des Schiebers 410.
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Im
Schieber 410 sind die Bohrungen 422, 432, 442, 452 und 462 in
der Schachtdüse 420,
der oberen Platte 430, der Drosselplatte 440,
der unteren Platte 450 bzw. dem Auslassrohr 460 allgemein achssymmetrisch.
Zum Beispiel besitzen die Bohrungen entweder eine zylindrische oder
konische Querschnittsgeometrie. Die Mittelachsen 425, 435, 455 und 465 der
Schachtdüse 420,
der oberen Platte 430, der unteren Platte 450 und
des Auslassrohrs 460 fluchten allgemein.
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Andere
Abwandlungen von Dosierschiebern sind entwickelt worden, um für eine bessere
Entleerung der Drosselplatte zu sorgen, wenn sie geschlossen ist.
Zum Beispiel zeigen die 14 - 16 einen
Schieber 510, der eine Schachtdüse 520, eine obere
Platte 530, eine Drosselplatte 540, eine untere Platte 550 und
ein Auslassrohr 560 in offener, teilweise offener bzw.
geschlossener Schieberstellung zeigt. Der Schieber 510 ist
demjenigen aus den 1 - 5 ähnlich,
außer
dass die Drosselplattenfließkanalbohrung 542 nahe
dem unteren Rand 546 auf einer Seite durch einen speziellen
Entleerungseinschnitt 544 verlängert ist, um eine Entleerung
der Bohrung 542 zu erlauben, wenn sich der Schieber in der
geschlossenen Stellung befindet, wie in 16 dargestellt.
Dies verhindert einen Einschluss von flüssigem Metall in der Drosselplattenbohrung 542, das
sich ansonsten verfestigen würde,
wenn der Schieber 510 vorübergehend geschlossen wird.
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Die 17 - 19 zeigen
einen anderen Schieber 610, der eine Schachtdüse 620,
eine obere Platte 630, eine Drosselplatte 640,
eine untere Platte 650 und ein Auslassrohr 660 in
offener, teilweise offener bzw. geschlossener Schieberstellung zeigt,
der ein anderes Entleerungsmerkmal vorsieht. Ein konischer Bohrungsquerschnitt 652 am
oberen Ende der unteren Platte 650 weist an der Oberseite 654 der
unteren Platte 650 einen Durchmesser auf, der größer ist
als der Durchmesser der Bohrung 652 an der Unterseite 656 der
unteren Platte 650.
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Das
USP 4,966,315 veranschaulicht einen solchen Schieber, bei dem die
untere Platte erweitert ist, um die Entleerung der Drosselplatte
zu verbessern, wenn sie geschlossen ist. Dieses Dokument lehrt auch,
dass die Achse der oberen Platte aus der Achse der unteren Platte
heraus versetzt sein muss.
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Unglücklicherweise
liefern die vorangehend beschriebenen Schieberkonstruktionen alle
einen gewundenen Flüssigmetall-Strömungspfad,
wenn der Schieber teilweise offen ist – die normale Betriebsstellung
während
des Gießens
von flüssigem Metall.
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Dosierschieber
werden mit einer maximalen Durchflussmenge ausgelegt, sollen jedoch
bei etwa 50 % dieser Menge arbeiten. Dies stellt die gewünschte Reaktion
bei der Schiebersteuerung sicher und sorgt für ein Mehrleistungsvermögen, das
gelegentlich für
eine hohe Produktion oder das Gießen von großen Querschnitten erforderlich
sein mag. Somit ist während
des Gießens
von flüssigem
Metall ein teilweise offener Schieber typisch, weil die Größe des Fließkanals
groß genug
sein muss, um eine ausreichende Öffnung
bereit zu stellen, um einer maximalen Durchflussmenge des Gießens Rechnung
zu tragen, jedoch wird ein Schieber typischerweise bei weniger als
dem maximalen Durchfluss betrieben. Die geforderte oder gewünschte Strömungsmenge
des flüssigen
Metalls durch die Düse
verändert
sich typischerweise während
des Gießvorgangs
und ist im Allgemeinen beträchtlich
kleiner als das Maximum, wobei sie über den größten Teil der Zeit im Bereich von
30 % bis 70 % des Maximums liegt. Infolgedessen bewirkt der gebogene
und deformierte Strömungspfad,
der in diesen Schiebern gebildet wird, wenn sie teilweise offen
sind: (1) einen asymmetrischen Austrag des flüssigen Metalls; (2) übermäßige Turbulenz
im Fließkanal;
(3) örtlich
begrenzte Bereiche, die einer beschleunigten Erosion von Feuerfestmaterial
ausgesetzt sein können;
(4) übermäßige Einschnürung der
Strömung;
und (5) ein schneller Verstopfungsaufbau an kritischen Stellen des
Fließkanals.
Die Gesamtwirkung besteht darin, dass die Nutzlebensdauer der Schieberkomponenten
verkürzt und
die Betriebskosten höher
werden.
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Die
deformierte Strömung,
die von diesen Schiebern erzeugt wird, wenn sie teilweise offen
sind, ist schematisch in den 20 und 21 bei
den Schiebern 210 (9) bzw. 410 (11 - 13) dargestellt.
In 20 schlägt
die Strömung 271 im Fließkanal 212 gegen
einen oberen Sims 248 der Drosselplatte 240 (im
Bereich A), was diesen Teil der Strömung 271 scharf in
Richtung der Öffnung
der Bohrung 242 umbiegt. Die Strömung 272, die der restliche
Teil der Strömung
ist, wird in einem viel geringeren Grad umgebogen. Dieses hauptsächlich einseitige
Umbiegen der Strömung
bewirkt, dass sich eine Strömung 273 von
der Oberfläche
der Drosselplattenbohrung 242 unterhalb ihres oberen Randes 248 ablöst und in
Richtung der Bohrung 242 zurück gelenkt wird. Eine in der
Drosselplattenbohrung 242 gebildete Hochgeschwindigkeits-Strahlströmung 274 neigt
sich stark von der Hauptmittelachse 215 des Fließkanals 212 weg.
Dieser geneigte Strahl prallt auf eine Seite der Bohrung 252 in
der unteren Platte 250 (Bereich B) und führt Fluid
in eine Umwälzströmung 275 unter
dem von der Platte 230 gebildeten Sims zu. Die oben beschriebene
starke Umbiegung und Schrägneigung
der Strömung
erzeugt in der unteren Platte 250 und im Auslassrohr 260 ein
asymmetrisches Strömungsmuster
mit: (1) einer auf eine Seite des Fließkanals 212 beschränkten Hochgeschwindigkeits-Strömung 276;
und (2) einer ausgedehnten Umwälzströmung 277,
die sehr turbulente Teile 278 und 279 einschließt, welche
den größten Teil
des Fließkanals 212 einnehmen.
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Dieses
Strömungsverhalten
ist nachteilig, weil es zu einem übermäßigen Druckverlust führt und Verstopfen
sowie Erosion fördert.
Die starke Umbiegung und Neigung der Strömung und ihr Aufprall auf das
Feuerfestmaterial (z.B. in den Bereichen A & B) schnürt die Strömung übermäßig ein, und der Austrag von
flüssigem
Metall wird durch irgend eine Anbackung von Verstopfungsmaterial
leichter behindert. Die Umwälzströmung 275 wird
mit ankommendem Fluid gespeist, was ideale Bedingungen für die Anbackung
von nichtmetallischem Verstopfungsmaterial in der Bohrung 242 der
Drosselplatte 240 liefert, was ein kritisches Problem für die Schieberleistung ist.
Die asymmetrische Natur der Strömung
im Auslassrohr 260, mit einem konzentrierten Strahl 277 auf einer
Seite und einer turbulenten Umwälzung 279 auf der
anderen Seite, bewirkt: (1) einen asymmetrischen Austrag von flüssigem Metall
aus dem Auslassrohr 260, der die Qualität des gegossenen Metalls ungünstig beeinflussen
kann; und (2) ungleichmäßige und
schnelle Verstopfung des Auslassrohrs 260. Der Aufprall
der Strömung
auf die Seiten der Bohrung 252, wie im Bereich B, verstärkt auch
Probleme mit einer örtlich
begrenzten Erosion von Feuerfestmaterial.
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Bezug
nehmend auf 21, scheitert ein Versuch, die
Strömung
zurück
in Richtung der Hauptmittelachse 415 des Schiebers 410 zu
lenken, und er verstärkt
sogar die mit dem gewundenen Strömungspfad
und der asymmetrischen Natur der Strömungsverteilung verbundenen
Probleme, wenn der Schieber 410 teilweise offen ist. 21 zeigt
das Strömungsmuster
in Verbindung mit dem Schieber 410, der eine schräg geneigte
zylindrische Bohrung 442 in der Drosselplatte 440 und
eine Bohrung 452 mit konischem Querschnitt in der unteren
Platte 450 aufweist. Das Strömungsmuster ist ähnlich wie
die Strömung
aus 20, jedoch mehr asymmetrisch. Speziell wird die
Strömung 471 durch
die geneigte Drosselbohrung schärfer
umgebogen, wo sie oberhalb des oberen Simses 446 der Drosselplatte 440 aufprallt
(Bereich A), während
die Strömung 472 viel
weniger als die Strömung 471 umgebogen
wird. Vergleicht man die 20 und 21,
so ist der Grund dafür,
dass mit einer geneigten zylindrischen Bohrung 442 der
Einlass der Bohrung 242 im Wesentlichen nach rechts verschoben
wird, was effektiv einen längeren
Sims 446 darbietet, der die Strömung 471 in Bezug
zur Hauptmittelachse 415 in eine stärker orthogonale Richtung zwingt
als eine mit einem kleineren oberen Sims in Wechselwirkung tretende
Strömung 271.
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Die
Neigung der Bohrung 442 in der Drosselplatte 440 fördert auch
einen größeren Bereich
einer getrennten Strömung 472,
verglichen mit 20, auf einer Seite der Bohrung 242 in
der Drosselplatte 240. Die Hochgeschwindigkeits-Strömung 474 ist
stärker von
der Hauptmittelachse 415 des Schiebers 410 weg
geneigt, wodurch sie direkter auf eine Seite der Bohrung 452 in
der unteren Platte (Bereich B) aufprallt. Ein verstärkter direkter
Aufprall des Strahls vergrößert den
Anteil von Umwälzströmungen 475 und 476 unter
dem Sims 446 der oberen Platte und verstärkt die
Beschränkung
der in das Auslassrohr 460 eintretenden Hochgeschwindigkeits-Strömung 477 auf
eine Seite des Fließkanals 462.
Anschließend
findet eine Zunahme im Ausmaß der
turbulenten Strömung 478, 479 und 480 auf
der anderen Seite des Fließkanals 462 statt.
Somit wird der Austrag übermäßig eingeschnürt und die
Asymmetrie der in das Auslassrohr 460 eintretenden Strömung ist
stärker, was
ein Verstopfen und Erosion fördert.
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Dementsprechend
sind Dosierschieberausführungen,
die danach trachten, die Strömungssymmetrie
durch Anwinkeln oder Neigen des Fließkanals in der Drosselplatte
zu verbessern, um die Strömung zurück in Richtung
der Hauptmittelachse des Schiebers zu lenken, wenn der Schieber
teilweise offen ist, unzulänglich
und können
während
des Betriebs größere Probleme
verursachen.
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Das
Vorangehende zeigt eine Notwendigkeit für einen Dosierschieber, der
einen geradlinigen Flüssigmetall-Strömungspfad
fördert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchflussmengendosierung
bereit, einschließend
ein selektives Hindurchführen
von Fluid durch einen Durchlass in einer oberen Platte, die einen
Einlass und einen Auslass aufweist, wobei der Einlass und der Auslass
versetzt sind, dann in eine Drosselplatte.
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Die
Erfindung sorgt für
einen Dosierschieber, der einen geradlinigeren Flüssigmetall-Strömungspfad
und einen mehr symmetrischen und weniger turbulenten Austrag fördert, wodurch
das Potential für eine
Verstopfung und Erosion der Schieberkomponenten verringert wird.
Die Erfindung sorgt für
eine Verringerung des Ausmaßes
von getrennten und turbulenten Strömungsbereichen, wenn der Schieber teilweise
offen ist. Die Erfindung sorgt für
ein weniger erosives Strömungsverhalten.
Die Erfindung sorgt für eine
geringere Einschnürung,
wenn er teilweise offen ist, wodurch ein leichterer Hindurchtritt
des flüssigen Metalls
ermöglicht
wird. Die Erfindung sorgt durch Verzögerung der Anbackungsgeschwindigkeit,
Verringerung des Ausmaßes
von Anbackungen und Verbesserung der Gleichförmigkeit jeglicher Anbackungen
für weniger
Verstopfungsprobleme. Die Erfindung sorgt für eine verbesserte Gleichmäßigkeit
der Strömungsverteilung
im Auslassrohr und somit für ein
verbessertes Metallströmungsverhalten
in einem stromabwärtigen
Behälter,
wie einer Stranggießform. Die
Erfindung sorgt für
eine leichtere Entleerung der Drosselplatte ohne nachteilige Auswirkung
auf das Strömungsverhalten.
Die Erfindung stellt für
die beschriebenen Zwecke verbesserte Elemente und Anordnungen derselben
bereit, die zuverlässig
und wirksam sind, um die beabsichtigten Zwecke der Erfindung zu
erreichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird unten ausführlich
unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren beschrieben, über die
hinweg gleichartige Bezugszeichen durchgängig entsprechende Merkmale
bezeichnen, wobei:
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1 eine
Oberseitenansicht eines bekannten Dosierschiebers in einer teilweise
offenen Stellung ist;
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2 eine
Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1 ist, die
den Dosierschieber in einer teilweise offenen Stellung zeigt;
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3 eine
Ansicht ist, welche die Ausführungsform
aus 2 in einer vollständig offenen Stellung zeigt;
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4 eine
Ansicht ist, welche die Ausführungsform
aus 2 in einer teilweise offenen Stellung zeigt;
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5 eine
Ansicht ist, welche die Ausführungsform
aus 2 in einer geschlossenen Schieberstellung zeigt;
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6 eine
Schnittansicht ist, welche einen zweiten bekannten Dosierschieber
in einer teilweise offenen Stellung zeigt;
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7 eine
Schnittansicht ist, welche einen dritten bekannten Dosierschieber
in einer teilweise offenen Stellung zeigt;
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8 eine
Schnittansicht ist, welche einen vierten bekannten Dosierschieber
in einer teilweise offenen Stellung zeigt;
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9 eine
geschnittene Detailansicht ist, welche einen fünften bekannten Dosierschieber
in einer teilweise offenen Stellung zeigt;
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10 eine
Schnittansicht ist, welche einen sechsten bekannten Dosierschieber
in einer teilweise offenen Stellung zeigt;
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11 eine
Schnittansicht ist, welche einen siebenten bekannten Dosierschieber
mit einer geneigten Drosselplattenbohrung in einer vollständig offenen
Stellung zeigt;
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12 eine
Ansicht ist, welche den Dosierschieber aus 11 in
einer teilweise offenen Stellung zeigt;
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13 eine
Ansicht ist, welche den Dosierschieber aus 11 in
einer geschlossenen Schieberstellung zeigt;
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14 eine
Schnittansicht ist, welche einen achten bekannten Dosierschieber
in einer vollständig offenen
Stellung zeigt;
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15 eine
Ansicht ist, welche den Dosierschieber aus 14 in
einer teilweise offenen Stellung zeigt;
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16 eine
Ansicht ist, welche den Dosierschieber aus 14 in
einer geschlossenen Schieberstellung zeigt;
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17 eine
Schnittansicht ist, welche einen neunten bekannten Dosierschieber
in einer vollständig
offenen Stellung zeigt;
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18 eine
Ansicht ist, welche den Dosierschieber aus 17 in
einer teilweise offenen Stellung zeigt;
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19 eine
Ansicht ist, welche den Dosierschieber aus 17 in
einer geschlossenen Schieberstellung zeigt;
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20 eine
Ansicht ist, welche die Strömungsmuster
in dem Dosierschieber aus 9 zeigt;
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21 eine
Ansicht ist, welche die Strömungsmuster
in dem Dosierschieber aus 12 zeigt;
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Die 1 - 21 zeigen
Lösungen
aus dem Stand der Technik.
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22 ist
eine Oberseitenansicht, die eine Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruierten Dosierschiebers in einer teilweise offenen
Stellung zeigt;
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23 ist
eine Querschnittsdetailansicht entlang der Linie XXIII-XXIII in 22;
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24 ist
eine vergrößerte Draufsicht,
welche die obere Platte des Dosierschiebers aus 22 zeigt;
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25 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXV-XXV in 24;
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26 ist
eine Ansicht, welche die Ausführungsform
aus 23 in einer vollständig offenen Stellung zeigt;
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27 ist
eine Ansicht, welche die Ausführungsform
aus 23 in einer teilweise offenen Stellung zeigt;
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28 ist
eine Ansicht, welche die Ausführungsform
aus 23 in einer geschlossenen Schieberstellung zeigt;
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29 ist
eine Ansicht, welche Strömungsmuster
des Dosierschiebers aus 23 zeigt;
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30 ist
eine Oberseitenansicht, welche eine andere Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruierten Dosierschiebers in einer teilweise offenen
Stellung zeigt;
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31 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie XXXI-XXXI in 30;
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32 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie XXXII-XXXII in 30;
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33 ist
eine Ansicht, welche die Ausführungsform
aus 31 in einer vollständig offenen Stellung zeigt;
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34 ist
eine Ansicht, welche die Ausführungsform
aus 31 in einer teilweise offenen Stellung zeigt;
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35 ist
eine Ansicht, welche die Ausführungsform
aus 31 in einer geschlossenen Schieberstellung zeigt;
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36 ist
eine vergrößerte Oberseitenansicht,
welche die obere Platte des Dosierschiebers aus den 30 - 33 zeigt;
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37 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie XXXVII-XXXVII in 36;
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38 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie XXXVIII-XXXVIII in 36;
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39 ist
eine vergrößerte Draufsicht,
welche die Drosselplatte des Dosierschiebers aus den 30 - 33 zeigt;
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40 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie XL-XL in 39;
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41 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie XLI-XLI in 39;
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42 ist
eine Ansicht, welche Strömungsmuster
in dem Dosierschieber aus 31 zeigt;
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43 ist
eine Ansicht, welche Strömungsmuster
in dem Dosierschieber aus 32 zeigt;
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44 ist
eine Schnittansicht, welche eine andere Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruierten Dosierschiebers in einer vollständig offenen
Stellung zeigt;
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45 ist
eine Ansicht, welche die Ausführungsform
aus 44 in einer teilweise offenen Stellung zeigt;
und
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46 ist
eine Ansicht, welche die Ausführungsform
aus 44 in einer geschlossenen Stellung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen Dosierschieber zur Flüssigmetall-Durchflussmengensteuerung
mit geringerer Verstopfung gerichtet, einschließend eine obere Platte, die
einen Versatz zwischen einer Achse des Fließkanals in der oberen Platte
und der Hauptmittelachse des Schiebers vorsieht.
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Bezug
nehmend auf die 22 - 28 schließt eine
erste Ausführungsform
des vorliegenden Dosierschiebers 1010 eine Schachtdüse 1020, eine
obere Platte 1030, eine Drosselplatte 1040, eine untere
Platte 1050 und ein Auslassrohr 1060 ein. Eine
Fließkanalbohrung 1022 in
der Schachtdüse 1020 kann
einen konischen Querschnitt aufweisen, jedoch können andere Konfigurationen
verwendet werden. Fließkanalbohrungen 1042 und 1052 in
der Drosselplatte 1040 und der unteren Platte 1050 sind als
einfache Zylinder dargestellt, jedoch können andere Formen verwendet
werden. Entsprechend ist die Fließkanalbohrung 1062 im
Auslassrohr 1060 als Zylinder dargestellt, jedoch können andere
Formen verwendet werden.
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Wie
in 23 dargestellt, enthalten die Fließkanalbohrungen 1022, 1052 und 1062 der Schachtdüse 1020,
der unteren Platte 1050 bzw. des Auslassrohrs 1060 Mittelachsen 1025, 1055, 1065, die
miteinander fluchten und eine Hauptmittelachse 1015 bilden.
Die Fließkanalbohrung 1032 der
oberen Platte 1030 weist einen Einlass mit einer Einlassachse 1035 auf,
die mit der Hauptmittelachse 1015 fluchtet, sowie einen
Auslass mit einer Auslassachse 1033. Die Auslassachse 1033 fluchtet
nicht mit der Einlassachse 1035.
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Bezug
nehmend auf die 24 und 25, schließt die Fließkanalbohrung 1032 in
der oberen Platte 1030 eine obere Form 1034 und
eine untere Form 1031 ein. Die Fließkanalbohrung 1032 ist
mit zwei Achsen 1033 und 1035 ausgeführt, die
nicht miteinander fluchten. Die beiden Achsen 1033 und 1035 werden
infolge einer Überlagerung
der beiden Formen 1031 und 1034 gebildet. Die
beiden Formen 1031 und 1034 in der oberen Platte 1030 schneiden sich
und bilden eine Bohrung 1032 mit zwei Achsen.
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Die
Form 1034 in der oberen Platte 1030 kann ein konischer
Querschnitt (d.h. ein Kegelschnitt oder Kegelstumpf) sein. Die Mittelachse 1035 der Form 1034 wird
nachfolgend als Eintrittsachse 1035 des Fließkanals 1032 in
der oberen Platte 1030 bezeichnet. Die zweite Form 1031 in
der oberen Platte 1030 kann ein zylindrischer Querschnitt
sein. Die Mittelachse 1033 der Form 1031 wird
nachfolgend als Auslassachse 1033 der Fließkanalbohrung 1032 in der
oberen Platte 1030 bezeichnet. Die Auslassachse 1033 ist
parallel zur Eintrittsachse 1035, fluchtet jedoch nicht
mit dieser. Der Abstand zwischen den beiden Achsen 1033 und 1035 wird
nachfolgend als Versatz 1036 bezeichnet.
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Bezug
nehmend auf 23, kann die Eintrittsachse 1035 der
Fließkanalbohrung 1032 in
der oberen Platte 1030 so angeordnet sein, dass sie mit der
Hauptmittelachse 1015 des Schiebers 1010 fluchtet.
Die Auslassachse 1033 der oberen Platte 1030 ist
daher aus der Hauptmittelachse 1015 des Schiebers 1010 heraus
in einer Bewegungsrichtung 1044 zum Öffnen der Drosselplatte 1040 versetzt. Diese
Konfiguration liefert einen weniger gewundenen und mehr symmetrischen
Strömungspfad,
wenn der Schieber 1010 teilweise offen ist, wie in 27 dargestellt,
liefert jedoch noch immer einen relativ geradlinigen nach unten
führenden
Fließkanal 1012, der
eine volle Strömung
zulässt,
wenn der Schieber 1010 vollständig offen ist, wie in 26 dargestellt.
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Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung kann man besser durch Vergleich
der 22 und 23 mit
den 1 - 2 erkennen. Wie man am besten durch
Vergleich der 1 und 22 sieht,
ist, statt dass sich die Hauptmittelachse 15 des Schiebers 10 an
oder nahe einem Rand des Fließkanals 12 findet, die
Hauptmittelachse 1015 des Schiebers 1010 mittiger
angeordnet. In der Tat hat man vor der vorliegenden Erfindung angenommen,
dass die Hauptmittelachse 15 des Schiebers 10 nur
in oder nahe der Mitte des Fließkanals 12 liegen
könnte,
wenn der Schieber 10 allgemeinen vollständig offen ist, wie in 3 dargestellt.
Im Gegensatz dazu sorgt die vorliegende Erfindung für eine allgemein
mittige Positionierung der Hauptmittelachse 1015 des Schiebers 1010,
wenn der Schieber 1010 merklich weniger als vollständig offen
ist, wie in 23 dargestellt. Somit liefert
die Erfindung einen geraderen, weniger gewundenen Strömungspfad
für den
Hindurchtritt von flüssigem Metall,
wenn der Schieber 1010 teilweise offen ist.
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Bezug
nehmend auf 25, hat die Größe des Versatzes 1036 zwischen
der Eintrittsachse 1035 und der Auslassachse 1033 der
oberen Platte 1030 Auswirkungen auf das Maß, bis zu
dem der vorliegende Schieber 1010 mit einer allgemein zentrierten
Hauptmittelachse 1015 geöffnet werden kann. Wenn der
Schieber 1010 somit im Betrieb typischerweise 65 % offen
ist, kann der Schieber 1010 ausgelegt werden, um die Hauptmittelachse 1015 des Schiebers 1010 im
Fließkanal 1012 zu
zentrieren, wenn der Dosierschieber 65 offen ist. Mit anderen Worten
kann der Schieber 1010 so ausgeführt werden, dass dann, wenn
der Schieber 1010 65 % offen ist, die Hauptmittelachse 1015 in
Bezug zum Fließkanal
zentriert ist. Zum Beispiel kann die Schachtdüse 1020 in Bezug zur
Austrittsöffnung
der oberen Platte versetzt sein, was die Mittelachse 1015 in
Bezug zum Fließkanal
entsprechend versetzt.
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Bezug
nehmend auf die 26 - 28, ist dort
der jetzige Dosierschieber mit der Drosselplatte 1040 in
verschiedenen Stellungen dargestellt: einer vollständig offenen
Schieberstellung (26); einer teilweise offenen
Schieberstellung (27) und einer geschlossenen
Schieberstellung (28). Wie in 28 dargestellt,
gestattet die Erfindung in der geschlossenen Schieberstellung eine
einfache Entleerung des Fließkanals 1042 in
der Drosselplatte 1040 ohne spezielle Entleerungseinschnitte
im unteren Ende des Drosselplattenfließkanals 1042 oder
irgendein Erfordernis für
einen konischen Oberteil des Fließkanals 1052 in der
unteren Platte 1050. Dieses Entleerungsmerkmal ergibt sich,
weil der Versatz 1036 der Auslassachse 1033 in
Bezug zur Eintrittsachse 1035 der oberen Platte 1030 den
unteren Rand 1037 der Fließkanalbohrung 1032 in
der oberen Platte 1030 inhärent in Richtung der Hauptmittelachse 1015 des
Schiebers 1010 bewegt. Weil die Austrittsöffnung 1038 der
oberen Platte 1030 in Bezug zur Hauptmittelachse 1015 versetzt
ist, macht es mit anderen Worten eine Unterbrechung der Strömung durch
den Schieber 1010 nur erforderlich, die Drosselplatte 1040 zu
verschieben, bis die Eintrittsöffnung 1048 der
Drosselplatte 1040 nicht mehr mit der versetzten Austrittsöffnung 1038 der
oberen Platte in Fluidverbindung steht, was der Fall ist, bevor
die Drosselplattenaustrittsöffnung 1049 aufhört, mit
dem Fließkanal 1052 in
der unteren Platte 1050 in Fluidverbindung zu stehen. Wenn
der Schieber 1010 geschlossen ist, bleibt somit die Fließkanalbohrung 1042 in
der Drosselplatte 1040 imstande, sich in den Fließkanal 1052 in
der unteren Platte 1050 hinein zu entleeren.
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Die
geradlinigere und mehr symmetrische Natur der Strömung im
Fließkanal 1012 des
Dosierschiebers 1010 der vorliegenden Erfindung, wenn er teilweise
offen ist, ist in 29 schematisch dargestellt.
Die Strömung 1071 trifft
auf den oberen Sims 1047 der Drosselplatte 1040 (Bereich
A1) und biegt in Richtung der Öffnung 1048 der
Drosselplatte 1090 um. Die Strömung 1072, ein zweiter
Teil der Strömung,
wird ebenfalls umgebogen, jedoch in der zur Strömung 1072 entgegengesetzten
Richtung zur Öffnung 1048 hin,
da sie auf die Eintrittsöffnung 1080 der
Form 1034 der oberen Platte 1030 (Bereich A2) trifft.
Somit fördert
die Erfindung ein beiderseitiges Umbiegen der in die Öffnung 1048 eintretenden
Strömung,
wobei das Umbiegen auf jeder Seite in Richtung der Hauptmittelachse 1015 des
Schiebers 1010 erfolgt. Aus diesem Grund wird sich eine
in der Drosselplattenbohrung 1042 gebildete Hochgeschwindigkeits-Strahlströmung 1073 nicht
stark von der Hauptmittelachse 1015 weg neigen. Die Hochgeschwindigkeits-Strahlströmung 1073 fluchtet
nahezu mit der Hauptmittelachse 1015 des Schiebers 1010,
wodurch ein größerer Grad
an Strömungssymmetrie
erzielt wird.
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Die
Strahlströmung 1073 prallt
nicht stark auf eine Seite der Bohrung 1052 in der unteren
Platte 1050 auf, weshalb Teile der Umwälzströmungen 1074, 1075 und 1076 schwächer und
weniger ausgedehnt sind, verglichen mit entsprechenden Strömungen in
Schiebern, die nicht erfindungsgemäß konstruiert sind. Das Strömungsmuster
in der unteren Platte 1050 und im Auslassrohr 1060 ist
symmetrischer und breitet sich gleichmäßiger aus, wobei die nach unten
gerichteten Strömungen 1077, 1078 und 1079 einen
größeren Teil
des Fließkanals 1052 und 1062 in
der unteren Platte 1050 bzw. im Auslassrohr 1060 einnehmen.
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Die 30 - 35 zeigen
eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäß konstruierten Dosierschiebers 2010,
und das darin geförderte
Strömungsmuster
ist in den 42 und 43 dargestellt.
Die 36 - 38 zeigen vergrößerte Ansichten
seiner oberen Platte 2030. Die 39 - 41 zeigen
vergrößerte Ansichten
seiner Drosselplatte 2040. Die Drosselplatte 2040 weist
eine Fließkanalbohrung 2042 mit
einem Querschnitt auf, der von einer länglichen geglätteten Bohrung
gebildet wird. "Glättung" ist ein Begriff,
der dem Fachmann auf dem Gebiet der rechnergestützten Auslegung von dreidimensionalen
Festkörpern
wohlbekannt ist, und ist ein Weg, um zwei geschlossene Figuren,
wie einen Kreis, ein Oval oder ein Polygon, die auf verschiedenen
Ebenen existieren, zu verbinden. So, wie er in dieser Anmeldung
verwendet wird, impliziert "Glättung" keine Verdrehung.
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Der
Dosierschieber 2010 schließt zwei wichtige Merkmale ein:
(1) wie in den 36 und 38 dargestellt,
einen Versatz 2036 zwischen einer Achse 2033 der
Fließkanalbohrung 2032 in
der oberen Platte 2030 und der Hauptmittelachse 2015 des Schiebers 2010,
wie zuvor in Bezug auf den Dosierschieber 1010 beschrieben;
und (2) Fließkanalbohrungen 2032, 2034 (36)
und 2042 (30) von einzigartiger Geometrie
in der oberen Platte 2030 bzw. der Drosselplatte 2040,
die in der Richtung, in der sich die Drosselplatte 2040 bewegt,
schmaler sind, und in einer dazu senkrechten Richtung länglich.
Somit sind die um die Austrittsachse 2033 der oberen Platte 2030 herum
gebildete Fließkanalbohrung 2032 und
der Fließkanal 2042 der
Drosselplatte 2040 nicht achssymmetrisch, sondern ebenensymmetrisch,
das heißt
in Bezug zur Ebene 2039 symmetrisch. Die 33 - 35 zeigen
den Dosierschieber 2010 in einer vollständig offenen Stellung (33),
einer teilweise offenen Stellung (34) und
einer geschlossenen Schieberstellung (35).
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Bezug
nehmend auf die 36 - 38, ist die
Fließkanalbohrung 2032 in
der oberen Platte 2030 mit zwei nicht-fluchtenden Achsen 2033 und 2035 ausgelegt,
die in einer Ebene 2036 liegen. Die Achse 2035 fluchtet
mit der Hauptmittelachse 2015. Die zwei Achsen 2033 und 2035 des
Fließkanals 2032 der
oberen Platte 2030 werden infolge der Überlagerung von zwei Formen 2031 und 2034 gebildet.
Die zwei Formen 2031 und 2034 in der oberen Platte 2030 schneiden
sich, wobei eine Bohrung 2032 mit zwei Achsen gebildet
wird. Die erste Form 2034 in der oberen Platte 2030 kann
eine geglättete Bohrung
sein, die am oberen Ende der Platte 2030 einen kreisförmigen Querschnitt
aufweist, der unter dem oberen Ende der oberen Platte 2030 stufenlos
in einen länglichen
Querschnitt übergeht.
Die Mittelachse 2035 des kreisförmigen Querschnitts ist die
Eintrittsachse. Die zweite Form 2031 in der oberen Platte 2030 ist
in einer Richtung senkrecht zur Ebene 2039, d.h. parallel
zur Ebene 2038, länglich.
Die Mittelachse 2033 dieser zweiten Form 2031 ist
die Austrittsachse. Die Austrittsachse 2033 ist zur Eintrittsachse 2035 parallel,
fluchtet jedoch nicht mit dieser. Die beiden Achsen 2033 und 2035 definieren
einen Abstand oder Versatz 2036.
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Die
ebenensymmetrische Konfiguration der Fließkanäle der oberen Platte und der
Drosselplatte verringert die seitliche Abmessung der Öffnung in Richtung
der Drosselplattenbewegung, weil der höchste Grad an Asymmetrie in
der Strömung
in dieser Richtung auftritt. Die ebenensymmetrische Konfiguration
vergrößert die
Abmessung der Öffnung
in der dazu senkrechten Richtung, weil in der dazu senkrechten Richtung
keine Asymmetrie in die Strömung
eingebracht wird. Somit liefert die vorliegende Konfiguration eine
zusätzliche
Begradigung der im Fließkanal 2042 der
Drosselplatte 2040 gebildeten Strahlströmung und verbessert die Symmetrie
der Strömung
in der unteren Platte 2050 und im Auslassrohr 2060 weiter,
wenn der Schieber 2010 teilweise offen ist. Der Grund dafür liegt
darin, dass, wenn er teilweise offen ist, die Konfiguration den
Anteil der Strömung
vermindert, der umgebogen wird, und ein mehr symmetrisches Umbiegen
dieses Teils der Strömung
liefert, wenn sie sich der Öffnung 2048 der Drosselplatte 2040 nähert. Auch
minimiert diese Konfiguration die Erstreckung des Simses 2047 über der
Drosselplatte 2040 und des Bereichs 2049 des Fließkanals 2042 in
der Drosselplatte 2040 unter dem Sims, wie in 35 dargestellt,
verglichen mit dem Sims 1047 und dem Bereich 1049 unter
dem Sims, wie in 29 dargestellt, welches kritische
Bereiche zur Verminderung eines Zusetzens sind.
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Die 39 - 41 zeigen
die Drosselplatte 2040 der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die
Drosselplatte 2040 weist einen Fließkanal 2042 mit einem
Querschnitt auf, der von einer länglichen geglätteten Bohrung
gebildet wird.
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Die 42 und 43 stellen
schematisch das Strömungsmuster
dar, das sich in der zweiten Ausführungsform des Schiebers 2010 entwickelt, wenn
er teilweise offen ist. Das in 42 dargestellte Strömungsverhalten
ist sehr ähnlich
wie dasjenige in 29, außer dass das Umbiegen der Strömung durch
ihn hindurch allgemein symmetrischer ist. Das in 43 dargestellte
Strömungsverhalten
ist symmetrisch und gleichförmig
mit wenig Umbiegung. Infolge der länglichen Konfiguration der
Fließkanäle 1032 und 1042 in
der oberen Platte 1030 bzw. der Drosselplatte 1040 tritt
ein höherer
Anteil der Strömung
mit wenig Umbiegung durch den Schieber 2010 hindurch. Somit
ist der Strömungspfad
allgemein geradlinig und es gibt keine übermäßige Einschnürung der
Strömung,
wobei sich im Auslassrohr 2060 einfach eine allgemein mehr
symmetrische Strömung
entwickelt.
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Die 44 - 46 zeigen
eine dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäß konstruierten Dosierschiebers 3010.
Die 44-46 zeigen den
Dosierschieber 3010 in einer vollständig offenen Stellung (44),
einer teilweise offenen Stellung (45) und
einer geschlossenen Schieberstellung (46).
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Bezug
nehmend auf die 44 - 46, weist
der Dosierschieber 3010 eine Hauptmittelachse 3015 auf,
und die Fließkanalbohrung 3032 in
der oberen Platte 3030 ist mit zwei miteinander fluchtenden
Achsen 3033 und 3035 ausgelegt. Die Achse 3033 ist
die Eintrittsachse der oberen Platte 3030, und die Achse 3035 ist
die Austrittsachse der oberen Platte 3030. Die Drosselplatte 3040 weist eine
Mittelachse 3037 auf. Die Bohrung 3032 in der
oberen Platte 3030 ist eine einfache gerade Durchgangsbohrung.
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Die
Achsen 3033 und 3035 sind parallel, jedoch aus
der Hauptmittelachse 3015 heraus versetzt. Die Achsen 3033 und 3035 sind
um einen Abstand 3036 aus der Hauptmittelachse 3015 heraus versetzt.
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Insgesamt
führt die
Erfindung zu weniger Strömungseinschnürung und
einer Verringerung der Geschwindigkeit und des Ausmaßes des
Zusetzens, verglichen mit anderen Dosierschiebern. Die Umwälzströmungen sind
weniger ausgedehnt und schwächer,
was die Anbackung von metallischem oder nicht-metallischem Verstopfungsmaterial
in kritischen Bereichen des Fließkanals hemmt, wie der Öffnung oder
Bohrung der Drosselplatte. Die verbesserte Symmetrie der Strömung im
Auslassrohr verbessert die Gleichförmigkeit des Austrags von flüssigem Metall
aus dem Auslassrohr mit einer vorteilhaften Wirkung auf das Strömungsverhalten
in der Form und auf die Qualität
des gegossenen Metalls. Auch ist der Aufprall der Strömung auf
die Seiten des Fließkanals
weniger stark, und das Potential für eine beschleunigte Erosion
von Feuerfestmaterial wird verringert.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Bezug auf spezielle Ausführungsformen
derselben beschrieben worden ist, werden für den Fachmann viele andere
Abwandlungen und Modifikationen sowie andere Verwendungen ersichtlich.
Es wird daher bevorzugt, dass die vorliegende Erfindung nur durch
den Umfang der beigefügten
Ansprüche
beschränkt
ist.