DE65892C - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen mittelst Elektricität - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen mittelst ElektricitätInfo
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Description
KAISERLICHES
PATENTAMT)
PATENTSCHRIFT
KLASSE 31: Giesserei und Formerei.
Patentlrt Im Deutschen Reiche vom ii. October i8go ab. ■
Die vorliegende Erfindung hat zu ihrem Gegenstand ein Giefsverfahren von Metallen
und metallenen Gegenständen bezw. Metallwaaren mittelst eines elektrischen Lichtbogens.
Als Material für den Gufs kann jedes beliebige Metall oder jede beliebige Legirung benutzt
werden, wobei jedoch erforderlich ist, dafs das Material in Gestalt von mehr oder
minder langen Stangen (Eisen und Stahl, als Stangeneisen oder -Stahl, Reifeneisen oder -Stahl
u. s. w., Walz- und Schmiedestahl und. Roheisen und Kupferlegirungen gegossen), von verschiedener
Dicke, angefertigt sei, in Abhängigkeit von der verfügbaren Stromstärke und der Gröfse des Gufsstückes. Diese Stangen bilden
eine der Elektroden eines selbsttätig regulirten elektrischen Lichtbogens, durch dessen Wirkung
sie rasch ins Schmelzen kommen. Eine solche continuirliche Schmelzung mäisigt die Temperatur
des elektrischen Lichtbogens in höherem oder geringerem Grade, je nach der Schmelzfiihigkeit
der geschmolzenen Elektrode. Diese Temperaturerniedrigung ist in der Hinsicht nicht zu unterschätzen, als durch dieselbe ein
'allzustarkes Ueberwa'rmen des Metalles, was beim Gebrauch einer Kohlenelektrode eintritt,
vermieden wird. Während des Giefsens mufs der eine Pol der elektrischen Maschine mit der
Form, verbunden sein, der andere aber mit der Klemme des selbsttätigen Regulators,' durch
welchen der Strom in die zu schmelzende Metallstange eintritt, und von hier aus weiter,
durch den elektrischen Bogen, in die Form übergeht. Ist die Form aus einem Nichtleiter
hergestellt, so kann der erste Pol mit der Kohlenstange oder, noch besser, mit einer
Metallstange, wie eine solche in den Regulator eingestellt ist (oder einer dickeren), verbunden
sein, wobei zwischen dieser in die Form versenkten Stange und der Stange des Regulators
ein elektrischer Lichtbogen so lange besteht, bis sich ein gewisses Quantum von geschmolzenem
Metall angesammelt hat, worauf der elektrische Lichtbogen schon zwischen dem
Regulator und dem flüssigen Metall sein wird, während die besagte Stange mit dem flüssigen
Metall in Berührung kommen mufs, wobei sie rasch schmilzt und dadurch sowohl die Arbeit
bedeutend beschleunigt, als auch den Abbrand des Metalles vermindert.
Es ist durchaus nicht gleichgültig, welcher Pol der Maschine mit der Form Und welcher
mit dem Regulator verbunden wird. So ist beim Giefsen von Roheisen mit dem Regulator,
d. h. der schmelzenden Stange, der positive Pol zu verbinden, beim Giefsen anderer
Metalle aber entweder dieser oder jener Pol, ganz nach dem zu erzielenden Effect. Mit
dem positiven Pol, weil derselbe eine höhere Temperatur entwickelt, wird der Theil verbunden, welchen man mehr erwärmt zu haben
wünscht.
Ueberdies unterscheiden sich der positive und negative Pol noch durch ihre bezw.
chemische Wirkung auf das geschmolzene Metall. Wird z. B. beim Giefsen von Roheisen
die geschmolzene Stange mit dem negativen Pol verbunden, so erhält man einen harten, unbrauchbaren Gufs.
Als bestes Formmaterial für Roheisen und Kupferlegirungen bewährt sich geprefster Koks,
für Eisen und Stahl Quarzsand mit Beimengung
von Bindestoffen. Der Gufs mittels Elektricität ist nicht ohne selbsttätiges Reguliren der Länge
des Lichtbogens zu bewerkstelligen.
Als selbsttätiger Regulator könnte fast jeder
Regulator, welcher bei Lichtbogenlampen gebraucht wird, in Verwendung kommen; es wäre
hierzu nur nöthig, einen der Kohlenhalter (den unbeweglichen, unteren) zu entfernen, in den
anderen die geschmolzene Stange einzustellen und endlich das Solenoid oder den Elektromagneten
mit einer dickeren Umwickelung zu versehen.
Der nachfolgend beschriebene Regulator ist in Fig. ι, 2 und 3 im Längen- und Querdurchschnitt
dargestellt.
Um den Punkt O (Fig. 1 und 2) kann ein
Hebel L frei schwingen, welcher mit seinem oberen Ende, mittelst der Rolle r und der
Coulisse k, mit dem eisernen, hufeisenförmigen Eisenkern des doppelten Solenoids s verbunden
ist; alsBewegungsleiter des Kernes, dienen drei
Rollen r1. Die Feder R, welche an der a'ufseren Hülse des Regulators befestigt ist und'
auf den Hebel L wirkt, ist bestrebt, den Kern k aus dem Solenoid herauszustofsen. Die Umwickelung
jeder Spule des Solenoids ist aus einem ganzen Stück rothen Kupfers angefertigt in Form eines Rohres, dessen Wände schraubenartig
durchschnitten sind; eine solche Umwickelung bedarf keiner Isolirung und ist aufserdem
im Stande, eine starke Erwärmung auszuhalten. Das untere Ende des Hebels L ist in
Form einer Muffe erweitert und mit einer Oeffnung versehen, durch welche ein rundes, dickwandiges
Rohr T (aus Eisen oder Stahl) durchgeht; dieses Rohr kann sich in der Oeffnung
des Hebels L frei bewegen und vorwärts und rückwärts gehen, wenn auf die Klemmschraube W
nicht gedrückt wird. Mitten durch das Rohr T geht eine Spindel V, an deren einem Ende
eine Scheibe d befestigt ist, welche als Handgriff zum Drehen dieser Spindel dient, während
auf dem anderen Ende eine geriffelte Rolle r" aus gehärtetem Stahl aufgesetzt ist; auf diese
Rolle r" drückt eine dritte r'" mittelst einer starken Feder. Niedriger befinden sich zwei
weitere Rollen, von denen die eine rIV unbeweglich
ist, die andere aber auf der Feder p' sitzt. Alle diese vier Rollen dienen als Bewegungsleiter
der geschmolzenen Stange s. Die Last Q hält das gesammte bewegliche System
im Gleichgewicht. Auf dem Rohr T befindet sich noch die Klemmschraube Z mit einer
Kohlenstange, deren Bestimmungszweck weiter angedeutet werden wird. X ist ein eisernes
Schild, versehen mit einer Oeffnung zum Durchlassen der geschmolzenen Stange, welche
zum Schutz der Rollen vor Hitze und Metallstrahlen dienen soll. ■
Beim Gufs unter Zuhülfenahme von zwei
Regulatoren (wovon später die Rede, ist)' hat man sich einer Differentialregulirungsvorrichtung
zu- bedienen. Die Einrichtung des Obertheiles dieses. Apparates ist durch Fig. 5, 6 und 7 veranschaulicht; er besteht aus vier Solenoiden,
wovon, zwei mit dicker Umwickelung und zwei mit dünner; der eiserne Kern hat die Gestalt
des Buchstabens H. ' " ■
Der Strom macht den folgenden Weg: der Leiter a, die isolirte Klemmschraube A, die
Umwickelung des Solenoids, der Körper (das Gestell) des Regulators, die schmelzende Stange,
der Lichtbogen, das geschmolzene Metall und die Form oder die andere Metallstange.
Bedient man sich eines Differentialregulators, so ist eines der Enden der dünnen Umwickelung
mit der Klemmschraube A, das andere mit der Klemmschraube A' verbunden, welche
letztere bei der Arbeit mit der Klemmschraube A des anderen Regulators in Verbindung stehen
mufs.
Die Arbeit mit dem Regulator besteht in folgendem: Der Regulator wird auf eine
Schnur (hinter der Klemmschraube A) über der Form aufgehängt, alsdann verbindet man in
der gehörigen Weise die Leiter und stellt die schmelzende Stange ein. Hierauf nimmt der
Arbeiter den Regulator in die eine Hand, während er mit der anderen die Scheibe d
dreht, bis die schmelzende Stange mit der Form in Berührung gelangt. Sobald dieses
geschieht, zieht das Solenoid den Kern in sich ein, wobei sich ein Lichtbogen bildet; die
Stange s fängt sofort an zu schmelzen und die Tropfen des geschmolzenen Metalles fallen in
die Form. Während die Stange schmilzt, nimmt der Lichtbogen derart rasch zu, dafs(
falls keine selbsttätige Regulirung stattfände,
es unmöglich wäre, denselben zu erhalten.
Bei der Zunahme des Lichtbogens wird die Stromstärke schwächer, die Feder R beginnt
die Einziehungskraft des Solenoids zu bewältigen, und das Ende des Rohres T mit der
schmelzenden Stange senkt sich. In längeren oder kürzeren Zwischenräumen wird es nöthig,
die Stange mit der Hand; mittelst der Scheibe rf>
der Spindel Fund der Rolle/·" herabzulassen,
was jedoch durchaus keine Schwierigkeiten verursacht, da der Regulator die Fehler der.
Hand berichtigt und der elektrische Lichtbogen nicht unterbrochen wird. Ueberdies ist durch
die selbsttätige Regulirung die Möglichkeit geboten, den Strom unmittelbar von der Dynamomaschine
zu benutzen, ohne dafs. Accumulatoren erforderlich wären. In der That, beim plötzlichen
Schliefsen eines sehr starken Stromes (durch eine Kette von geringem Widerstände),
was im vorliegenden Fall unvermeidlich ist, verringert sich der Unterschied der Potentiale
sehr bedeutend,, und ein Giefsen mittelst eines Stromes unmittelbar von der Maschine wäre
unmöglich, weil der elektrische Lichtbogen
sofort nach seinem Entstehen aufhören würde, wie er auch bei jeder Aenderurig in der Stärke
des Stromes (beim Fallen eines jeden Tropfens des geschmolzenen Metalles u. s. w.) aufhören
würde; doch der selbsttätige Regulator verkleinert die Länge des elektrischen Lichtbogens
rechtzeitig vor dessen Erlöschen.
Der Gufs kann nach einer der nachfolgenden Arten bewerkstelligt werden.
I. Gufs mit einem einfachen Regulator.
Einer der Pole Q der Elektricitätsquelle wird
mit dem Regulator, der andere k mit der Form verbunden, wenn dieselbe aus einem Elektricitätsleiter
hergestellt ist, oder mit dem aufgeschmolzenen Gegenstand (Fig. 4) oder mit
der Kohlen- oder Metallstange, welche in dem Handgriff (Fig. 8) befestigt und in die Form
hineingelassen ist, verbunden.
II. Gufs mit zwei Differentialregu
latoren.
Einer der Pole α ist mit der Klemmschraube des einen Regulators und der andere Pol k
mit einer solchen Klemmschraube des anderen. Regulators verbunden; aufserdem sind die
Klemmschrauben der dünnen Umwickelung A' mit den Klemmschrauben A des anderen Regulators
verbunden. Auf diese Weise ist die Möglichkeit vorhanden, zugleich mit beiden
Regulatoren mittelst zweier elektrischer Lichtbögen (Fig. 9) zu giefseu oder, je nach den
Umständen, nur mit einem derselben,, wobei der andere als Leiter wirkt (Fig. 10). Die
schmelzende Stange des einen Regulators wird mit dem positiven Pol verbunden und die
Stange des anderen mit dem negativen; wenn man somit diesen oder jenen oder beide zugleich
wirken läfst, so werden verschiedene Licht- und chemische Effecte erzielt.
Bei allen diesen Arten können, wenn eine ziemlich grofse Metallmenge gegossen wird,
während des Giefsens kleine Metallstücke in die flüssige Masse hineingeworfen werden, was die
Arbeit wesentlich fördert und zugleich auch die Temperatur erniedrigt.
Beim Gufs ist durchaus erforderlich, den Unterschied der Potentiale zu kennen, wie man
auch von der Stromstärke eine genaue Vonstellung haben mufs.
Nach dem oben beschriebenen Verfahren können sowohl nicht allzu grofse Gegenstände
abgegossen, als auch zwei Metallstücke vereinigt
werden durch Eingiefsen von' flüssigem
Metall in den zwischen ihnen befindlichen Zwischenraum. Doch die wichtigste Und weittragendste
Anwendung des Verfahrens besteht in der Ausbesserung von Gufs- und Schmiedestücken,
: nämlich in dem Ausgiefsen der Gufsblasen in Roheisen- und· Kupferstücken,, der
Haarrisse,. Sandblasen u. s. w. in Stahlgegensta'nden, der Schwundstellen in Eisengegenständen (Eisenstücken)1 und in dem Zugiefsen
zu dem vorhandenen' Gegenstande kleiner
fehlender Theile. Das gegossene Metall erhält
man in reinem, festem und· weichem Zustande, wenn das Eingiefsen in die Form,, welche auf
der einzugiefsenden Stelle aufgestellt ist, stattfindet. In· diesem· Fälle spielt das Metall,, womit die Form gefüllt ist, ganz dieselbe Rolle,
wie der Giefszapfen beim Giefsen auf gewöhnlichem Wege aus dem Ofen. Eine weitere
Hauptbedingung eines guten Gusses ist die, dafs derselbe nicht schichtenweise, sondern
continuirlich durchgeführt werde. Sollte die in den Regulator eingestellte schmelzende Stange
zur Ausfüllung des ganzen Gufsstückes nicht
genügend sein,- so könnte man dieselbe verlängern,
ohne den Gufs zu unterbrechen, z, B.
durch Aufschrauben einer anderen Stange, wie solches in Fig.· 1 bei y dargestellt ist, obgleich
es in den meisten Fällen immer noch Zeit ist, den Rest herauszuwerfen und eine neue Stange
einzustellen. Das Nachgiefsen zur Ausfüllung der Blasen in Roheisenstücken verursacht die
gröfsten Schwierigkeiten, wie auch hierbei gewisse Eigentümlichkeiten nicht aufser Acht zu
lassen sind. Zuerst sei zu bemerken, dafs sich nicht jedes Roheisen überhaupt zur Anfertigung
der schmelzenden Stange eignet, sondern dafs eine entsprechende Auswahl zu geschehen hat.
Die besagte Stange mufs unbedingt mit dem positiven Pol verbunden sein, und trotzdem
geschieht es, dafs, nachdem der Eingufs geschehen und das Stück ausgeglüht ist, man
auch im allgemeinen weiches Gufseisen erhalten wird auf der Grenze zwischen dem Gufseisen
und dem geschmolzenen Metall des eingegossenen Gegenstandes. Eine sogenannte Härtung
ist bemerklich, d. h. das Gufseisen wird weifs und hart. Wenn also erforderlich ist, die eingegossene
Stelle noch einer mechanischen Bearbeitung zu unterwerfen, so kalirt mart gleich
nach dem Eingiefsen, so lange das Roheisen
noch flüssig ist, eine weitere Operation vor-'
nehmen, nämlich: die Klemme W (Fig. r, 2 und 3) loslassen, das Rohr T in der Weise
umdrehen, dafs die Kohle in der Klemme Z
nach unten gerichtet ist und zwischen dem flüssigen Roheisen und der Kohle den elektrischen
Lichtbogen schliefsen, welches· eine gewisse Zeit zu dauern hat. Alsdann wird keine
Härtung mehr zu beobachten sein und das Roheisen erhält man um so weicher und reicher
an Graphit, als das Erwärmen mittelst des elektrischen Lichtbogens länger gedauert hat.
Letztere Erscheinung: ist daraus zu erklären, dafs das flüssige Roheisen sich an Kohlenstoff
(Graphit) aus der Kohle anreichert. Bekanntlich werden von dem positiven Pol des elektrischen
Lichtbogens mehr Theile auf den
Claims (4)
- negativen Pol übertragen, als umgekehrt. Deshalb findet wahrscheinlich auch eine Anreicherung des Roheisens mit Kohlenstoff statt, wenn die Kohle mit dem positiven Pol verbunden ist; wird aber eine entgegengesetzte Verbindung vorgenommen, so erhält man nach dem Durchwärmen vollkommen weifscs und hartes Roheisen. Alles Vorerwähnte bezieht sich nicht auf das Vergiefsen von Gti)"Msengegenständen in nichtmetallische Formen; mjIIic jedoch gerade das letztere beabsichtigt sein, so wäre fast jedes Roheisen verwendbar und könnte man sogar aus Eisen ein gufseisernes Stück giefsen, vorausgesetzt, dafs die Form aus Koks sei, d. h. das Eisen während des Gusses in Gufseisen übergehen könnte durch Aufnahme (Absorption) des Kohlenstoffes aus der Form.Es möge noch auf weitere, minder wichtige Anwendungen des elektrischen Stromes beim Giefsen hingewiesen werden. Das hier beschriebene Verfahren könnte noch ' in unten anstehenden Fällen gebraucht werden.ι. Beim Giefsen von nicht allzu grofsen Gegenständen auf gewöhnlichem Wege aus jedem beliebigen Metall, welches in flüssigem Zustande nach dem vorliegenden Verfahren erhalten werde. Hier hätte als eine Elektrode der Regulator zu wirken, während als der andere der Tiegel bezw. die darin eingestellte Stange dient, in welchen sich auch das geschmolzene Metall ansammelt. Diese Arbeit kann auch in einigen besonderen Fällen angewendet werden, z.B. wenn es sich darum handelt,' einen Gegenstand eilig zu giefsen und keine Oefen zum Schmelzen des Metalles vorhanden sind, oder wenn es wegen des Gusses eines kleinen Gegenstandes nicht lohnen sollte, den Ofen zu erwärmen.
- 2. Beim Giefsen von Metallen, Legirungen und überhaupt Substanzen, welche, obgleich sie die Elektricität leiten, doch sehr schwer schmelzbar sind, weshalb es äufserst schwierig oder sogar unmöglich ist, dieselben auf den gewöhnlichen Wegen zu schmelzen.
- 3. Beim gleichzeitigen Giefsen von zwei oder mehreren Metallen oder zur Herstellung einer Legirung aus gewissen Bestandteilen. Hierbei ist nur erforderlich, anstatt einer schmelzenden Stange in den Regulator zwei oder mehrere solcher Stangen aus den betreffenden Substanzen einzustellen; sie werden alsdann gleichzeitig schmelzen und die Form ausfüllen.
- 4. Beim Giefsen, wenn hierbei irgend eine bestimmte Aenderung in dem chemischen Bestand oder den physischen Eigenschaften des gegossenen Metalles erzielt werden soll. Nach Angabe des Erfinders haben die Versuche gezeigt, dafs:a) Messing nach dem elektrischen Giefsen sich sowohl in seinem chemischen Bestarid wesentlich ändert infolge des Ausbrennens von Zink und, möglicherweise, infolge noch anderer Processe, als auch in seinen physischen Eigenschaften (Aenderungsvorgange in der Farbe und den mechanischen Eigenschaften);b) Eisen und Stahl, nach vorläufigem Durchlassen durch'eine hohle bezw. röhrenförmige Kohlenstange, beim Giefsen in eine Koksschale in Gufseisen übergehen, welches letztere so reichhaltig an Graphit ist, dafs es fast das. Aussehen von reinem Graphit besitzt und überdies scheinbar auch Diamantthcilchen enthalten mufs, weil es ungeachtet seiner aufserorderitlichen Weichheit mit einigen Punkten seiner Oberfläche Glas schneidet;c) weifses, hartes Roheisen nach geschehenem Aufschmelzen einer " dünnen Rohcisenschicht und dem vorerwähnten Durchwärmen mit der Kohlenelektrode, welche mit dem positiven Pol verbunden ist, in schönes, weiches, feinkörniges, graues Roheisen übergellt und dieses auf die ganze Tiefe, bis wohin das Material während der Arbeit geschmolzen ist.Dieser letztere Aenderungsvorgang verleiht dem elektrischen Giefsverfahren einen ganz besonderen Werth für mechanische Fabriken, weil bei der Anwendung dieses Verfahrens es möglich wird: a) Maschinenteile aus jeder Art Roheisen zu giefsen, worauf die Oberfläche des gegossenen Gegenstandes nach diesem Verfahren erweicht wird, und b) die abgegossenen Gegenstände auszubessern, bei denen zufällig eine Härtung der scharfen Nähte u. s. w. stattgefunden hat. ' ■ .Paten τ-Ansprüche:1. Ein Verfahren zum Schmelzen von Metallen oder Legirungen mittelst des elektrischen Lichtbogens, wobei die Form oder das darin enthaltene Metall als eine Elektrode wirkt, während die andere durch das schmelzende Metall gebildet wird, welches in Stangenform mit einem selbsttätig wirkenden Regulator so verbunden ist, dafs der erforderliche Vorschub von dem Regulator geleistet oder der von Hand bewirkte Vorschub durch denselben regulirt, wird.'2. Die Abänderung des unter 1. erläuterten Verfahrens dahin, dafs zwei elektrische Lichtbogen zum Schmelzen verwendet werden, deren eine Elektrode wiederum eine Stange des zu schmelzenden Metalles bildet, wobei der Vorschub der zu schmelzenden Stangen durch einen Differentialregulator in der Weise erfolgt, dafs beliebig mit zwei oder einem Lichtbogen gearbeitet werden■ kann. ■3. Bei der Ausführung des unter i< geschützten Verfahrens die Verwendung eines Regulators(Fig. ι bis 3), dessen frei schwingender Hebel L einerseits durch das Solenoid S, andererseits durch eine entgegengesetzt wirkende Feder R beeinflufst wird, und an seinem kurzen Schenkel die ausbalancirte Führungsstange T tragt, an deren einem Ende die zu schmelzende Stange zwischen Rollen geführt wird, deren eine mittelst der in T gelagerten Spindel U von Hand bethä'tigt werden kann.Die Umformung des vorbeschriebenen Regulators zu einem Diffcrentialregulator (Fig. 5 bis 7) unter Verwendung von vier in H-Form angeordneten Solenoiden.Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1118406B (de) * | 1956-04-07 | 1961-11-30 | Dr Walter Dannoehl | Verfahren zur Herstellung metallischer Gegenstaende durch kontinuierliches Niederschmelzen in der Giessform |
DE1172808B (de) * | 1958-03-11 | 1964-06-25 | Dr Walter Dannoehl | Verfahren zur Herstellung von Gegenstaenden aus metallischen Werkstoffen |
-
0
- DE DENDAT65892D patent/DE65892C/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1118406B (de) * | 1956-04-07 | 1961-11-30 | Dr Walter Dannoehl | Verfahren zur Herstellung metallischer Gegenstaende durch kontinuierliches Niederschmelzen in der Giessform |
DE1172808B (de) * | 1958-03-11 | 1964-06-25 | Dr Walter Dannoehl | Verfahren zur Herstellung von Gegenstaenden aus metallischen Werkstoffen |
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