DE8023915U1 - Vorrichtung zum erstellen und vergiessen von schmelzen aus mineralien oder metallen - Google Patents
Vorrichtung zum erstellen und vergiessen von schmelzen aus mineralien oder metallenInfo
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Description
PATENTANWALT ./' /.. * :·./*Γ.: " :.·: »'··
HANS-JOACHIM KANTNER
DlPLOM-'iNCENiEUR 6070 langen, 5. September 1980
DARMSTÄDTER STRASSE 8 Ktr./N.
TELEPHON: (06103) 23029
PATENTANWALT D.PL.-1NG.H.-J. KANTNER " TE LE G RAMM : K ANTN E R PATE NTE
DAR\tSTADTCR STR B. 607 LANCEN/HESSEN LANCENHESSEN
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ΚΟΡΟ KONE-POHJA OY
SF-90530 OuIu
SF-90530 OuIu
Vorrichtung zum Erstellen und Vergießen von Scnmelzen
aus Mineralien oder Metallen.
Die Erfindung bezieht sich, auf eine Vorrichtung zum Erstellen
und Vergießen von Schmelzen aus Mineralien oder Metallen und "betrifft insbesondere eine solche Vorrichtung zum
Erstellen und Vergießen von Schmelzen aus hochschmelzenden Metallen oder Metallegierungen, wie beispielsweise Kpfer
und/oder Kupferlegierungen, mit einer Heizkammer mit Seitenwandungen,
einer Deckelwandung und einer Bodenwandung, welche sämtlich eine Wärmeisolierung aus im wesentlichen
aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd bestehendem Material aufweisen und von einem Stahlmantel umgeben sind, einem innerhalb
der Heizkammer angeordneten Tiegelständer und einem auf diesem angeordneten Tiegel sowie mindestens drei in der
Heizkammer zwischen deren Wandungen und dem Tiegel und zu
BANKKONTO: ÖR-isblsiEk ÖANji J^CJ FR^hJIKFURT AM MAIN NR 4-Π2 519
P©ST5SfcHJEGllK.ONirO**(iJR. Ϊ2855ι|ιθ FRANKFURT
diesem berührungskontaktfrei angeordneten und mit elektrischen
Zuleitungen versehenen Siliziumcarbid-Heizelementen.
Eine Schmelz- und Gieß-Vorrichtung dieser Art, "bei welcher
die Wärmeisolierung aus im wesentlichen aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd bestehendem Fasermaterial gebildet ist,
ist aus der DE-OS 2 725 884 bekannt. Diese hat sich gegenüber
gas- oder ölbefeuerten Schmelz-Gieß-Öfen ebenso wie
gegenüber Induktionsöfen aus vielerlei Gründen bestens bewährt. Abgesehen von vergleichsweise geringeren Gestehungskosten
erbringt nämlich eine solche bekannte Vorrichtung eine außerordentliche Wirtschaftlichkeit verbunden mit den
weiteren Vorteilen der Verhinderung von Oxydation des flüssigen Schmelzgutes, da dieses keiner Bewegung wie beispielsweise
in Induktionsöfen und auch keiner chemischen Reaktionsmöglichkeit mit Brenngasen wie beispielsweise bei gas-
oder ölbefeuerten Öfen ausgesetzt ist, sowie der Vermeidung jeglicher Umweltverschmutzung bei praktisch geräuschlosem
Arbeiten und der Möglichkeit, die Heizkammertemperatur ebenso wie die Schmelzguttemperatur fortlaufend auf praktisch
jedem beliebigen Wert halten zu können.
Bei dieser bekannten Ausführung einer gattungsgemäßen Vorrichtung ist es bereits bekannt, die Isolierung zwischen
Mauerwerk und Wärmespeichermaterial und äußerem Stahlmantel als ganzstückige Schale aus Isoliermaterial der beschriebenen
Art auszubilden, um die Energieersparnis durch Wärmeleitungsverluste gegenüber einer Ausführung, bei welcher die
Seitenwandungen und der Boden der Heizkammer jeweils einzeln durch dieses' Isoliermaterial thermisch isoliert sind, noch
weiter zu steigern. Dieser bekannten Lösung liegt jedoch die bestimmende Erkenntnis zugrunde, daß um den Heizraum herum
eine ausreichende Masse an Wärmespeichermaterial angeordnet
sein muß, um die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung gegenüber Induktionsöfen oder gas- oder ölbefeuerten
öfen zu erreichen. Gerade wegen dieses Wärmespeichervermögens
muß aber bei einer solchen bekannten Ausführung eine ausreichend dicke Isolierschicht zwischen Wärmespeichermaterial
und äußerem Stahlmantel angeordnet sein, da sonst einerseits die Wärmeverluste zu hoch und
andererseits die Außentemperatur der Vorrichtung an deren Stahlmantel für ein einwandfreies Handhaben derselben
unerträglich werden wurden.
Dieses Wärmespeiehermaterial besitzt aber notgedrungen auch eine verhältnismäßig große Massendichte mit entsprej|
chendem Gewicht, so daß eine solche bekannte Vorrichtung
nicht nur verhältnismäßig kostenaufwendig in bezug auf das Wärmespeichermaterial selbst, sondern auch im Hinblick auf
die für dieses erforderliche Stützkonstruktion wird und damit einhergehend einen nicht unbeträchtlichen Platzbedarf
erfordert und insbesondere bei Ausführung der Vorrichtung als kippbarer Ofen verhältnismäßig schwierig zu
handhaben ist.
Außerdem müssen bei einer solchen bekannten Vorrichtung die Heizelemente beidseitig jeweils über Isolationsrohre
aus keramischem Material im Bereich des Wärmespeichermaterials
abgestützt sein. Dadurch unterliegen sie unvermeidlich gewissen Stoß- und Schockbeanspruchungen insbesondere
dann, wenn eine solche bekannte Vorrichtung kippbar ausgeführt ist, die aus den Erschütterungen des Speichermaterials
während des Gießvorganges herrühren. Im Verein mit der hohen thermischen Belastung der Heizelemente
führen diese" mechanischen Beanspruchungen erfahrungsgemäß sehr bald zu Ausfall des einen oder anderen Heizelementes
infolge von einfachen Rißbildungen in diesem, die übergroße örtliche elektrische Belastungen mit nachfolgenden
Ausfallerscheinungen zur Folge haben, oder gar zu völligem
H Bruch des gesamten betreff enden Heizelementes. Nach. Meinung
der Fachwelt ist aus Gründen einigermaßen brauchba-
rer Lebensdauer solcher Heizelemente für die Einsatztemperatur
solcher Heizelemente eine nicht zu überschreitende Grenze bei 1350 0C gesetzt.
Hierdurch aber werden die Einsatzmöglichkeiten für erne
solche bekannte Vorrichtung auf Einsatzfälle mit Dauerbetrieb stemperaturen von maximal 1550 0C beschränkt, wenn
man nicht Torzeitigen Ausfall der Heizelemente mit dem damit verbundenen erhöhten Zeit- und Kostenaufwand für
Wartung und Heizelementenaustausch und den noch erheblich schwerer ins Gewicht fallenden Produktionsausfall
einer solchen Vorrichtung in Kauf nehmen will. Jedenfalls ist hierdurch die Wirtschaftlichkeit derselben
nicht unerheblich eingeengt.
Dem kann nach Meinung der Fachwelt auch nicht durch eine Vergrößerung der Tiegelcharge, d. h. des Aufnahmevolumens
des Tiegels, abgeholfen werden. Abgesehen davon, daß diesem durch die Handhabbarkeit der gesamten Vorrichtung
eine gewisse Grenze gesetzt ist, würde dies bedingen, daß bei Einhaltung vorgegebener Außenabmessungen
der gesamten Vorrichtung der Abstand der Heizelemente einerseits von der Tiegelaußenoberfläche und/oder andererseits
von der Innenoberfläche des Wärmespeichermaterials verringert werden müßte. Ersteres würde aber zu
den gefürchteten Überhitzungen der die Heizkammer frei durchragenden Heizelemente aufgrund unvermeidlicher Wärmerückstrahlung
vom Tiegel her führen, und letzteres hätte zur Folge, daß ohne zusätzliche Wärmeisolierungsmaßnahmen,
welche sich wieder ungünstig auf sowohl das Gewicht und Volumen und damit die Handhabbarkeit der Vor-
richtung sowie auf die Gestehungskosten derselben auswirken
wurden, die Oberflächentemperatur an der Außenoberfläche des Stahlmantels der Vorrichtung nicht unerheblich ansteigen
würde. Auch aus diesem Grunde wurde eine an sich erwünschte Leistungssteigerung nicht für möglich erachtet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art mit einfachen und kostengünstigen
Mitteln so zu verbessern, daß sich ohne die geschilderten nachteiligen Folgen doch eine nicht unbeträchtliche
Leistungssteigerung insoweit erzielen läßt, als einerseits Schmelzvorgänge durchgeführt werden können, welche eine
wesentlich höhere Dauerbetriebstemperatur in der Heizkammer
bis zu I65O 0C und erforderlichenfalls kurzzeitig sogar
darüber erfordern, und andererseits ohne Notwendigkeit der Vergrößerung der Außenabmessungen der Vorrichtung
sich doch eine Vergrößerung der Tiegelchargengröße erreichen läßt, ohne daß unangemessene Erhöhungen der Temperatur
der Außenoberfläche des Stahlmantels der Vorrichtung in Kauf zu nehmen sind, wobei stets die Lebensdauer der
Heizelemente auch unter Berücksichtigung rauher Arbeitsbedingungen beim Gießvorgang nicht nur gewahrt, sondern noch
verbessert werden kann und sich somit insgesamt eine beträchtliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit einer solchen
Vorrichtxing sowohl aus dem Gesichtspunkt der Verbesserung
der Gestehungskosten über einfacheren konstruktiven Aufbau und Wahl geeigneter Konstruktionsmaterialien
als auch im Hinblick auf eine Senkung der Betriebskosten ergeben soll.
Dies wird durch die Erfindung entgegen der Meinung der Fachwelt in überraschend einfacher und kostengünstiger
Weise dadurch erreicht, daß bei einer Vorrichtung gattungsgemäßer Art die Heizkammer durch Seitenwandungen, Deckel-
wandung und Bodenwandung gebildet ist, welche sämtlich im wesentlichen aus seinerseits im wesentlichen aus Aluminiumoxyd
und Siliziumoxyd bestehendem Material erstellt sind und daß die Siliziumcarbid-Heizelemente gegenüber mindestens einer
Heizkammerwandung stoßgedämpft abgestützt jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse zur Außenoberfläche des Tiegels
in der Heizkamin er angeordnet sind, der dem Zwei- bis
Vierfachen des Außendurchmessers des Heizelementes entspricht.
Dabei können in zweckmäßiger Weiterbildung die Seitenwandungen, Deckelwandung und Bodenwandung der Herzkammer aus Easermaterial
gebildet sein, und zwar auch dem bei der beschriebenen bekannten Vorrichtung zur Wärmeisolierung bereits eingesetzten
Pasermaterial. Andererseits hat sich aber auch eine Alternative gut bewährt, bei welcher die Seitenwandungen,
Deckelwandung und Bodenwandung der Heizkamin er zumindest teilweise als Gußformteile aus gießbarem Wärmeisolierungsmaterial
ausgebildet sind. Je nach konstruktiver Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung können hierdurch nicht unerhebliche
auslegungsmäßige und/oder fertigungstechnische Vereinfachungen mit entsprechendem Einfluß auf die Gesamtgestehungskosten
erreicht werden.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es gelungen, die Vorteile einer bekannten Vorrichtung gattungsgemäßer Ausführung
beibehalten und doch deren Wirtschaftlichkeit noch we- | sentlich verbessern zu können. Einerseits nämlich nutzt die §
Erfindung die überraschende Erkenntnis, daß es durchaus mög- | lieh ist, eine ausreichend tragfähige Heizkammerkonstruktion |
lediglich aus Wärmeisolierungsmaterial beschriebener Art zu erstellen, wobei gleichzeitig eine andere neue Erkenntnis
nutzbar gemacht wurde, nämlich daß es für die Wirtschaftlichkeit einer solchen Vorrichtung weit weniger auf das Vorhandensein
ausreichender Wärmespeichermasse größerer Dichte, durch welche die von den Heizelementen in Eichtung Heizkammerwandung
abgestrahlte Wärmeenergie gespeichert und besonders
gleichmäßig auf den Tiegel zurückgestrahlt wird, ankommt, als bisher für erforderlich gehalten. Es wurde nämlich erkannt,
daß eine ausreichende Vergleichmäßigung der Wärmerückstrahlung von den Heizkammerwandungen zum Tiegel auch
durch die verhältnismäßig geringe Wärmespeicherkapazität des Wärmeisolierungsmaterials erbracht werden kann, sofern
nach neuester Erkenntnis der Erfindung wesentlich wichtigere Gefahrenquellen für die Lebensdauer von Tiegel und/oder
Heizelementen wirksam ausgeschaltet Werden. Diese Gefahrenquellen liegen in der besonderen mechanischen Bruchempfindlichkeit
der- Siliziumcarbid-Heizelemente und der mit in Hochtemperaturbereiche steigender Temperatur gesteigerten
Neigung des Tiegelmaterials, bereits bei verhältnismäßig geringfügigen örtlichen Unterschieden thermischer Belastung
der Außenoberfläche des Tiegels ungeachtet der beim eigentlichen
Gießvorgang zusätzlich noch hinzukommenden mechanischen Beanspruchungen bereits beim SchmelzVorgang allein
durch diese örtlichen thermischen Ungleichförmigkeiten es zu Rißbildungen kommen zu lassen, durch welche es erfahrungsgemäß
bereits nach kurzer Betriebsdauer zu Leckagen des Schmelzgutes in die Heizkammer hinein kommt, welche eine die Wirtschaftlichkeit
des gesamten Produktionsprozesses einer solchen Vorrichtung rapide senkende Unterbrechung des Betriebes mit
entsprechendem Herunterkühlen der gesamten Vorrichtung zum Zwecke des Entleerens des Leckagegutes aus der Heizkammer erforderlich
machen. Und hier liegt ein weiterer Ansatzpunkt der Erfindung, indem diese nämlich erkannt hat, daß es durchaus
möglich ist, eine optimale Anordnung der Heizelemente in bezug auf den Tiegel zu finden, welche thermische Überbelastungen
der Tiegelwandung ebenso wie der Heizelemente vermeidet und doch optimale Wärmeenergie-Einleitung in den Tiegel ermöglicht.
Um auch höheren Betriebsanforderungen bezüglich der Betriebsdauertemperatur bis zu 1650 0C genügen zu können, sieht die Erfindung
schließlich auch eine spezifische Abstützung der Heizelemente vor, welche die Übertragung der insbesondere beim Gieß
Vorgang unvermeidlichen Stoß- und Schockbeanspruchungen der
Heizkammer auf die Heizelemente vermeidet und daner den Einsatz von solchen Siliziumcarbid-Heizelementen ermöglicht, die
bis jedenfalls I65O 0C hochtemperatur-dauerbelastbar sind.
Insgesamt wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine erhebliche
Verbesserung einer gattungsgemäßen Vorrichtung im Hinblick auf die gleichzeitige Lösung aller zugrundeliegenden
Teilaufgaben ohne Einbuße an den bereits durch die gattungsgemäße Konzeption erbrachten Vorteilen erreicht.
Es wurde gefunden, daß sich eine weitere Verbesserung bezüglich einer im Hinblick auf die Möglichkeit der Vergrößerung
der Tiegelcharge optimalen raum- und wärmewirtschaftswirkungsgradmäßigen
Auslegung dadurch erreichen läßt, daß gemäß einer erfinderischen Fortbildung die Heizelemente jeweils mit einem
Abstand ihrer Mittelachse zur Innenoberfläche der benachbarten Eeizkammerwandung angeordnet sind, der dem Zwei- bis Vierfachen
des Außendurchmessers des Heizelementes entspricht.
Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Heizelemente
an zwei gegenüberliegenden Vandungen. der Heizkammer abgestützt' sind. Dabei können zweckmäßig die Heizelemente in
an sich bekannter Weise parallel zu einer benachbarten Hsizkammorwandung
horizontal angeordnet seiji. Andererseits ist es aber im Rahmen der Erfindung durchaus möglich, die Heizelemente
auch in an sich bekannter Weise vertikal um den Tiegel herum zu gruppieren.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Heizkammer im wesentlichen die Form eines
länglichen Parallelepipeds hat, in dem der Tiegel im wesentlichen mittig angeordnet ist, daß die Heizelemente die einander
gegenüberliegenden längeren Seitenwandungen der Heizkammer paralleler horizontaler Lage durchdringen und la zwei jeweils
auf gegenüberliegenden Seiten des Tiegels zwischen diesem und den kürzeren Seitenwandungen der Heizkammer angeordne-
ten vertikalen Reihen übereinander angeordnet sind, wobei der Abstand ihrer Mittelachsen zur Außenoberfläche des Tiegels dem
2,5- bis 3»5-fachen des Außendurchmessers der Heizelemente entspricht.
Dabei hat es sich als zu bevorzugen erwiesen, wenn die Heizelemente jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse von
den kürzeren Seitenwandungen der Heizkammer angeordnet sind, der dem Zwei- bis Dreifachen ihres Außendurchmessers entspricht.
Eine hierzu alternative Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß die Herzkammer im wesentlichen die Form eines Hexa- ;
gonepipeds hat, in dem der Tiegel im wesentlichen mittig aage- j
ordnet ist, und daß die Heizelemente ils. vertikalen Reihen von |
jeweils mindestens zwei Heizelementen parallel zu jeder den ; sechseckigen Querschnitt des Hexagonepipeds begrenzenden Seiten-f
wandung die beiden benachbarten Seitenwandungen jeweils schräg : durchdringend in horizontaler Lage angeordnet sind, wobei ent- ;
sprechende Heizelemente der auf gegenüberliegenden Seiten des ; Tiegels liegenden zueinander parallelen Reihen jeweils gleichen
Abstand ihrer Mittelachse vom Boden der Heizkammer haben, der jedoch von einer Reihe zur benachbarten und von dieser zur dieser
benachbarten folgenden Reihe größer ist.
Für diese beiden speziellen Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn
das unterste Heizelement mit einem Abstand seiner Mittelachse vom Boden der Heizkammer angeordnet ist, der dem Drei- bis Fünffachen
seines Außendurchmessers entspricht. Dies ermöglicht nämlich
einen ausreichend großen Leckageaufnahmeraum unterhalb des
Heizelementes, in dem sich erforderlichenfalls eine ausreichende Leckagemenge ansammeln kann, ohne daß Gefahr für Beschädigungen
der untersten Heizelemente durch diese bestünde.
Nach einem weiteren untergeordneten Erfindungsgedanken können zweckmäßig die Heizelemente mit einem Abstand der Mittelachsen ,
zweier benachbarter Heizelemente zueinander angeordnet sein, der dem Zwei- bis Vierfachen des Außendurchmessers der Heizelemente
entspricht. Hierdurch wird die Wärmeabstrahlung an den Tiegel
» - 10 - j
nicht nur hinsichtlich ihrer Größe, sondern, auch hinsichtlich
der Gleichmäßigkeit ihrer örtlichen Verteilung optimiert. Eine noch weitergehende Verbesserung in dieser Hinsicht
im Verein mit einer weiteren Steigerung der Lebensdauer der Heizelemente und damit der störungsfreien Betriebsdauer
der Vorrichtung selbst bei Dauerbetrieb im Höchsttemperatur-Bereich ergibt sich überraschend, wenn
als Heizelemente an sich bekannte gewendelte Siliziumcarbid-Heizelemente
eingesetzt werden.
Nach einer anderen zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung
ist vorgesehen, daß die stoßgedämpfte Abstützung eines jeden Heizelementes durch eine elastische Lagerungseinrichtung
gebildet ist, die im die Heizkammerwandung durchdringenden Bereich des Heizelementes dieses gegenüber der Heizkammerwandung
abstützt. Eine konstruktiv besonders einfache und gleichzeitig extrem kostengünstige Weiterbildung dieses
Erfindungsgedankens ergibt sich dadurch, daß die stoßgedämpfte Abstützung eines jeden Heizelementes durch direkte
Auflage seines die Heizkammerwandung durchdringenden Bereichs auf dem elastischen Wärmeisolierungsmaterial derselben
erbracht werden kann. Zweckmäßigerweise können dabei die Heizelemente in ihren die Heizkammerwandung durchdringenden
Bereichen jeweils von einer Isolierhülse umgeben sein.
Für manche Einsatzfälle kann es sich ferner als vorteilhaft erweisen, wenn zwischen den Heizelementen und der
Heizkammerwandung ein Wärmestrahlungsreflektor angeordnet
ist, mittels dessen die in Richtung auf die Heizkammerwandung abgestrahlte Wärme in Richtung Tiegel zurückstrahlbar
ist.
Weiterhin kann je nach Auslegung der Heizkammerkonstruktion
zumindest die Deckelwandung und/oder die Bodenwandung der Heizkammer wenigstens "bereichsweise Verstärkungen aufweisen.
Diese können zweckmäßig als Einlagen im Material der Heizkammerwandungen angeordnet sein. Dabei kann es sich je
nach Ausführungsart empfehlen, die Verstärkungen zumindest teilweise aus Wärmespeichermaterial zu bilden.
Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn eine Dichtung zur Verhinderung des Austritts von Metalldämpfen in die Herzkammer
und/oder eine Dichtung zur Verhinderung des Eintritts von oxydationsfähigen Gasen, insbesondere Luft, in
ι den Raum oberhalb des Tiegels zwischen der öffnung des
Tiegels und der Deckelwandung der Heizkammer angeordnet ist, wobei im übrigen zweckmäßig beide Dichtungsfunktionen
durch eine einzige geeignet ausgebildete und angeordnete Dichtung erbracht werden können.
Als zu empfehlen hat es sich erwiesen, wenn die Auslegung so getroffen wird, daß das wärmeisolierende Fasermaterial
in seiner Außenlage eine Wärmeleitfähigkeit von 0,1 kcal/ m h 0C bei 400 0C und in seiner Innenlage eine Wärmeleitfähigkeit
von 0,3 kcal/m h 0C bei 1200 0C aufweist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele,
welche in den Zeichnungen dargestellt sind, rein beispielsweise näher beschrieben. Dabei
zeigen:
Fig. 1 von der Vorderseite her gesehen einen Vertikalschnitt durch die Heizkammer
einer kippbarer Schmelz- und Gießvorrichtung nach der Erfindung,
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Pig. 2 von der Seite her gesehen einen Vertikalschnitt durch dieselbe Heizkammer
gemäß Fig. Ί,
Fig. 3 eine Seitenansicht der gesamten Schmelz- und Gießvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2
einschließlich deren Kippmechanismus,
Fig. 4 einen von der Seite her gesehenen Yertikalschnitt
durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 4 bei abgehobenem Deckel
mit teilweise weggebrochenen Bereichen, und
einen von der Seite her gesehenen Vertikalschnitt durch ein drittes
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die in Fig. 1 bis 6 wiedergegebenen Ausführungsbeispiele von
Schmelz- und Gießvorrichtungen nach der Erfindung weisen jeweils eine Heizkammer 20 auf, die durch Seitenwandungen 1,
Deckelwandung 2 und Bodenwandung 3 in seitlicher und höhenmäßiger
Richtung begrenzt ist. Die Wandungen sind von einem Stahlmantel umschlossen. In der Heizkammer 20 ist ein Tiegelständerboden
6 angeordnet, auf dem ein Tiegel 7 festgelegt ist, und ferner sind in der Heizkammer 20 mindestens drei
Heizelemente 8 mit elektrischen Zuleitungen 19 angeordnet,
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wobei diese Heizelemente 8 in der Heizkammer 20 zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwandungen derselben und dem
Tiegel so angeordnet sind, daß jeder Berührungskontakt zwischen ihnen und dem Tiegel ausgeschlossen ist.
Nach der Konzeption der Erfindung sind die Heizelemente 8 hochtemperatur-dauerbelastbare Siliziumcarbid-Heizelemente,
welche dafür vorgesehen sind, die Temperatur des Tiegels 7 auf zwischen 1100 0C und I65O 0C zu halten, um
Kupfer und Kupferlegierungen schmelzen und vergießen zu können. Weiterhin sind nach der Erfindung die Wandungen
der Heizkammer 20 im wesentlichen aus Wärmeisolierungsmaterial 4- erstellt, das seinerseits in der Hauptsache
aus Aluminiumoxyd- und Siliziumoxyd-Fasern besteht. Weiterhin ist die Anordnung der Heizelemente 8 in der Heizkammer
20 nach der Erfindung so getroffen, daß der Abstand zwischen der Mittelachse des Heizelementes 8 und
der Außenoberfläche 9 des Tiegels 7 dem Doppelten bis
Vierfachen der Dimension 1 entspricht, welche den Außendurchmesser des Heizelementes wiedergibt. Und schließlich
sind die Heizelemente 8 in den Bereichen ihrer beiden Enden, in denen sie die sie tragende bzw. abstützende Heizkammerwandung
1 durchdringen, elastisch so abgestützt, daß die übertragung der Stoß- und Sehockbelastungen, denen ins™
besondere beim Vergießen die Heizkammerwandung 1 unvermeidlich ausgesetzt ist, auf die Heizelemente 8 zuverlässig
ausgeschaltet ist. Für diese stoßgedämpfte Abstützung der Enden der Heizelemente gegenüber der Heizkammerwandung 1 ist
deren elastisches Wärmeisolierungsmaterial 4 herangezogen. Zweckmäßig lagern dabei die Heizelemente 8 jeweils in ihre
die Heizkammerwandung 1 durchdringenden Bereiche umgebenden Isolierhülsen.
Die in Fig. 1 bis 3 wiedergegebene Schmelz- und Gießvorrichtung hat im wesentlichen die Form eines Parallelepipeds,
wobei die Außenoberfläche der Deckelwandung 2 sich teilweise konvex nach oben vorstreckt und auf den über dem
Tiegel 7 gelegenen Bereich derselben der Deckel 15 aufgesetzt ist. Die Seitenwandungen 1 definieren zwischen sich
einen gleichermaßen im wesentlichen die Form eines Parallelepipeds aufweisenden länglichen Raum, in dem der Tiegel 7
auf einem Tiegelständer 6 angeordnet ist. Der Tiegel 7 ragt teilweise in die Deckelwandung 2 hinein, wodurch
eine dichte Verbindung zwischen Tiegel 'und Deckelwandung gebildet ist und Metalldämpfe nicht in die Heizkammer 20
eindringen können. Eine Dichtungspackung 21 ist zwischen dem sich nach oben hin öffnenden Tiegelmund und der Deckelwandung
2 angeordnet. Dabei kann diese Dichtungspackung aus beispielsweise demselben elastischen Fasermaterial erstellt
sein wie das Wärmeisolierungsmaterial 4.
Das Verhältnis von Länge zu Breite der die Form eines Parallelepipeds aufweisenden Heizkammer 20 beträgt angenähert
1,6 bis 1,7· Der Abstand der Mittelachsen der vier obersten Heizelemente 8 von der Außenoberfläche 9 des Tiegels 7 beträgt
auf beiden Seiten desselben das 2,7- bis 2,8-fache des Außendurchmessers der Heizelemente, und der gleiche Abstand
der untersten Heizelemente 8 entspricht dem 3,1-fachen,
ihres Außendurchmessers. Alle zwölf Heizelemente 8, und zwar auf jeder Seite des Tiegels 7 jeweils sechs, be- j,"
sitzen einen Abstand ihrer Mittelachsen von den benachbarten kürzeren Seitenwandungen der Heizkammer 20, welcher ziemlich
genau dem 2,8-fachen des Außendurchmessers der Heizelemente entspricht.
Die Heizelemente 8 haben rcnde Querschnittsform und sind in
zueinander paralleler Lage in zwei zueinander parallelen Reihen unterhalb einander angeordnet, wobei diese Reihen jeweils
längs einer benachbarten kürzeren Seitenwandung 1 der Heizkammer 20 und in rechtem Winkel zu den längeren Seitenwandungen
der Heizkammer 20 liegen. Die maximale Leistungsaufnahme
der Heizelemente 8 "beträgt etwa 8,4 kW, wodurch eine maximale
Leistung der gesamten Vorrichtung von etwa 100 kW erbracht
wird. Die Aufnahmekapazität dieser Vorrichtung beträgt 500 kg Kupfer oder 150 kg Aluminium.
Die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Heizkammer, welche durch die Wandungen 1 bis 3 begrenzt wird, ist mit ihrem Tiegel und
ihren Heizelementen an der sie tragenden Stützrahmenkonstruktion 11 mit Hilfe der zur längeren Seitenwandung der
Heizkammer parallelen horizontalen Achse 13 schwenkbar angelenkt. Die Vorrichtung weist ferner einen Hydraulikzylinder
14 auf, welcher sowohl am Rahmen 11 als auch an der Heizkamin er 20 jeweils schwenkbar angelenkt ist, um die
Heizkammer 20 und den zu ihr gehörigen Tiegel 7i welche
beide vom Rahmen 11 getragen werden, zur Gießöffnung 16 hin kippen bzw. verschwenken zu können.
Zum Gebrauch bzw. Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung wird der Deckel 15 geöffnet und der Tiegel 7 teilweise
mit dem zu schmelzenden Metall gefüllt, worauf dann der Deckel 15 wieder geschlossen und der elektrische Strom
für die Widerstands-Heizelemente 8 eingeschaltet wird, um das Aufheizen der Heizelemente einzuleiten. Von diesen hochtemperatur-dauerbelastbaren
Siliziumcarbid-Heizelementen wird die Wärme in der Hauptsache durch Strahlung und lediglich
teilweise durch Konvektion auf den Tiegel 7 und
das in diesem angeordnete Metall und teilweise an die Innenobgrfläche
der Seitenwandungen 1 der Heizkammer 20 übertragen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Heizelemente
8 in einem bestimmten Abstand vom Tiegel 7 und vorzugsweise
auch einem bestimmten Abstand von den Seitenwandungen 1 wird die Wärme gleichmäßig und ohne Temperaturspitzen und/
oder -minima, welche hohe thermische Spannungen im Tiegelmaterial
hervorrufen können, auf den Tiegel 7 übertragen. Nach-
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dem. das schmelzende Metall die erwünschte Temperatur
erreicht hat, wird dem Hydraulikzylinder 14 Druckmittelflüssigkeit zugeführt, und dies bewirkt, daß der
gesamte Apparat zur Gießöffnung 16 hin gekippt bzw. verschwenkt wird, um das geschmolzene Metall beispielsweise
in eine Form zu gießen. Nach Beendigung des Gießvorganges
wird der Druck im Hydraulikzylinder 14 mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Regelorgans reduziert,
wodurch die Heizkamin er 20 mit ihrem Tiegel 7 in ihre
aufrechte Ursprungsstellung zurückkehrt.
Da die Heizelemente 8 die einander gegenüberliegenden längeren Seitenwandungen der Heizkammer 20 durchdringen
und in sie umgebenden und durch die Wandungen hindurchgeführten Lagerhülsen abgestützt sind (wobei diese Lager—
hülsen in Fig. 1 als durchgezogene Kreise um die schrägschraffierten
runden Heizelementenquerschnitte sichtbar sind), können Stöße und Schocks, die auf den Apparat
wirken, dank der zusätzlichen Maßnahme der Abstützung der Heizelemente in ihren beiden Endbereichen allenfalls
minimale mechanische Beanspruchungen der Heizelemente 8 verursachen. Darüber hinaus dämpft auch das fasrige Wärmeisolierungsmaterial
4· sämtliche Stöße und dergleichen ab, denen die Heizelemente während des Gießvorganges ausgesetzt
sein könnten, weil die Gießvorrichtung in Verbindung
mit den Gießbewegungen zu vibrieren pflegt.
Bei der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung sind die
Heizelemente 8 horizontal und mit einem vorgegebenen Abstand vom Bo'den der Heizkamin er 20 angeordnet, wobei der
Abstand der Mittelachse der untersten Heizelemente etwa dem Fünffachen des Außendurchmessers 1 derselben entspricht.
Hierdurch wird sichergestellt, daß aus einem teilweise gebrochenen Tiegel 7 auf den Boden der Heizkammer 20 rinnendes
Metall zum Beispiel nicht die Heizelemente beschädigen
kann, und zwar nicht einmal die am weitesten unten angeordneten.
Das Verhältnis von Lange zu Breite der Heizkammer 20 der in
Fig. 4 und 5 gezeigten Vorrichtung nach der Erfindung "beträgt
etwa 1,6. In der Heizkammer 20 sind in jeweils einer Reihe auf jeder Seite des Tiegels jeweils drei Heizelemente
in horizontaler Lage und parallel zur kürzeren Seiten- j. wandung der Heizkammer angeordnet= Die Mittelachsen der ;'
obersten Heizelemente haben einen Abstand von der Außeno- « berflache des Tiegels von etwa dem 2,7-fachen ihres Außendurchmessers,
und die entsprechenden Abstände der mittleren \ Heizelemente betragen etwa das 2,9-fache ihrer Außendurch- f
messer, und die gleichen Abstände der untersten Heizelemente I
entsprechen etwa dem 5,4-fachen ihrer Außendurchmesser. Der f Abstand der Mittelachsen der Heizelemente von der Innenober- |.
fläche der ihnen benachbarten kürzeren Seitenwandungen der f Heizkammer entspricht etwa dem 2,5-fachen ihres Außendurchmessers.
Jedes Heizelement ist von dem nächsten Heizelement über oder unter sich (und zwar gemessen von Mittelachse zu Mittelachse)
auf einem etwa dem 5>5-fachen des Außendurchmessers der
Heizelemente entsprechenden Abstand gehalten. Der Abstand des untersten Heizelementes vom Kammerboden beträgt etwa
das 4,5-fache seines Außendurchmessers.
Die maximale Leistungsaufnahme der Heizelemente in der in Fig. 4 und 5 wiedergegebenen Vorrichtung beträgt etwa 8,5 kW,
was bedeutet, daß der gesamte Apparat eine Maximalleistung von etwa 50 kW hat. Die Aufnahmekapazität dieser Vorrichtung
beträgt etwa 500 kg Kupfer oder 90 kg Aluminium. j/
Die in Fig. 4 und 5 wiedergegebene Schmelz- und Gießvor- |
richtung ist für horizontale Gießprozesse gedacht, wie bei- *>
- 18 -
_ 18 -
spielsweise Bodenguß. Die Gießöffnung 16 des Tiegels 7 ist nabe dem Tiegelboden angeordnet, und sie ist dafür gedacht,
mit einer Gießschale und/oder einer Kühleinricatung ausgsrüstet
zu werden. Weiterhin weist der Tiegel 7 der Schmelz- und Gießvorrichtung gemäß J1Xg. 4- und 5 noch eine Gießöffnung
16' zum Entleeren des Tiegels auf. Die Bodenwandung 3 und die Deckelwandung 2 der Heizkammer sind teilweise unter
Einsatz einer Vergußmassenverbindung erstellt, um ausreichende mechanische Festigkeit zu erzielen. Die öffnung
des Tiegels 7 ist gegenüber der Deckelwandung 2 mit Hilfe einer Dichtungspackung 21 abgedichtet.
In !ig. 6 ist in einem von einer zur anderen Seite geführten
und daher von vorn wahrzunehmenden Vertikal schnitt ein drittes
Aus führungsb ei spiel einer Vorrichtung nach der Erfindung gezeigt. Die Heizkamin er 20 ist wiederum wie ein Parallelepiped
ausgebildet, und das Verhältnis ihrer längeren Seite zu ihrer kürzeren Seite beträgt etwa 1,6. Diese Vorrichtung
weist insgesamt sechs Heizelemente auf, welche in Horizontallage eines über dem anderen in zwei zu den kürzeren Seitenwandungen
der Kammer parallelen Reihen, angeordnet sind, welche jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Tiegels liegen,
wie dargestellt. Der Abstand der Mittelachsen der Heizelemente von der Außenoberfläche des Tiegels beträgt etwa das
2,4-fache des Außendurchmessers der Heizelemente, was die obersten Heizelemente anbetrifft, etwa das 2,8-fache des
Außendurchmessers der Heizelemente,· was die mittleren Heizelemente
anbetrifft, und etwa das 3,5-fache des Außendurchmessers der Heizelemente, was die untersten Heizelemente anbetrifft.
Der Abstand der Mittelachsen der Heizelemente von der Innenoberfläche der benachbarten kürzeren Heizkammerwandung
beträgt jeweils etwa das 2,1-fache des Außc-ndurchmessers der
Heizelemente. Jedes Heizelement ist in einem solchen Abstand seiner Mittellinie von der des ihm benachbarten Heizelementes
über oder unter sich gehalten, der etwa dem 2,8-fachen des
- 19 -
Außendurchmessers der Heizelemente entspricht, und die untersten Heizelemente sind in einem solchen Abstand
vom Kam&erboden angeordnet, daß ihre Mittelachsen von diesem einen Abstand von etwa dem 5,2-fachen
ihres Außendurchmessers halten. Die maximale Leistungsaufnahme dieser Heizungselemente beträgt
jeweils etwa 14· kW, und die Gesamtleistung der ganzen Vorrichtung ist somit etwa 85 kW. Die Aufnahmekapazität
der Vorrichtung beträgt etwa 1.000 kg Kupfer oder $00 kg Aluminium.
Der Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 6 ist, was das Schmelzen von Metall und das Aufheizen der Vorrichtung
"betrifft, ähnlich dem in Verbindung mit der vorstehend bereits erläuterten Vorrichtung gemäß
Fig. 1 bis 3 beschriebenen Betrieb. Weiterhin ist diese Vorrichtung dafür konzipiert, meistens
stationär gehalten zu verbleiben. Lediglich der Tiegel 7 soll im Zusammenhang mit dem Gießvorgang
durch die Kammerwandung 5 hindurch aus dem Inneren der Heizkammer 20 herausgehoben werden. Die Lift-Einrichtung
hierfür ist von herkömmlicher Art und nicht dargestellt.
Von der in Fig. Λ bis 3 gezeigten Vorrichtung sind
die in Tabelle I wiedergegebenen Typen gefertigt worden.
- 20 -
ι " · ,, lit'
- 20 -
Dimensionen | m | d | H | Tabelle | 9 | I | Aufnahme | Al | Ge- | Gewicht | |
in m | 265 | 400 | Nr. | 9 | kapazität | 20 | samt- | kg | |||
355 | 580 | der | 12 | in kg | 60 | lei- | 950 | ||||
D | 385 | 990 | Heiz | 12 | 150 | stung | 1500 | ||||
305 | 560 | 945 | ele | 18 | 60 | 500 | kW | 2600 | |||
Type | 380 | 650 | 1200 | mente | 200 | 600 | 28 | 33ΟΟ | |||
445 | 500 | 45 | 4000 | ||||||||
T-50 | 615 | 1000 | 100 | ||||||||
T-200 | 670 | 2000 | 170 | ||||||||
Τ-500 | 250 | ||||||||||
T-1000 | |||||||||||
T-2000 | |||||||||||
D= Tiegeldurchmesser im oberen Bereich d= Tiegeldurchmesser im Bodenbereich
H= Tiegelhöhe
Von den in Pig. 6 gezeigten Vorrichtungen sind die in Tabelle II viedergegebenen Typen gefertigt worden.
- 21 -
Tabelle | II | Aufnahme | Ge- | Gewient | |
Nr. | kapazität | samt- | |||
der | in kg | lei- | |||
Heiz | stung | ||||
Dimensionen | ele | ||||
in mm | mente | ||||
Cu
Al
kW
s-50 | 305 | 205 | 375 | 9 | 80 | 25 | 28 | 700 |
S-20Q | 380 | 265 | 480 | 9 | 200 | 60 | 45 | 1250 |
S-300 | 440 | 295 | 540 | 6 | 300 | 90 | 50 | 1400 |
s-500 | 510 | 325 | 650 | 9 , | 500 | 150 | 75 | I7OO |
S-1000 | 615 | 355 | 700 | 6 | 1000 | 3OO | 85 | 2000 |
D= Tiege!durchmesser im oberen Bereich
d= Tiegeldurchmesser im Bodenbereich H= Tiegelhöhe
Der gegenseitige Abstand der Heizelemente untereinander,
also der Abstand der Mittelachsen jedes horizonzalen Heizelementes
von. der des über oder unter ihm angeordneten parallelen
Heizelementes beträgt beispielsweise 2 bis 4 mal Heizelementen- Außendurchmesser. In dem in Fig. Λ bis 3 dargestellten
lall beträgt dieser Abstand 2,6 mal Heizelementen-Außendurchmesser,
bei dem in Fig. 4 und 5 wiedergegebenen Apparat hingegen beträgt er 3»4 v-b.1 Heizelementen-Außendurchmesser,
und bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel beläuft erjsich auf das 2,8-fache des Heizelementen-Außendurchmessers,
und bei der Type T-2000 gemäß Tabel-
le I entspricht er dem 2,2-fachen des Heizelementen-Außendurchmessers.
Hierdurch, und ferner aufgrund des erfindungsgemäß vorgegebenen Abstandes der Heizelemente von der Außen-Oberfläche
des Tiegels und von der Innenoberfläche der kürzeren Seitenwandung der Heizkammer wird entsprechend der
erfindungsgemäßen Konzeption bewirkt, daß die Wärme gleichmäßig von den Heizelementen auf die Tiegeloberfläche abstrahlt,
d. h., daß die Oberflächentemperatur des Tiegels praktisch gleichmäßig ist. Weiterhin hat auch die von den
Heizelementen auf die Innenoberfläche der kürzeren Seitenwandungen der Heizkammer abgestrahlte Wärme gleichermaßen
eine in der Hauptsache gleichmäßige Verteilung über dieser Seitenwandungsoberfläche. Dadurch werden die Temperaturdifferenzen
zwischen unterschiedlichen Punkten auf der Außenoberfläche des Tiegels und gleichermaßen auch zwischen unterschiedlichen
Punkten auf der Innenoberflache der betreffenden Heiakammerwandung auf einem geringsmöglichen Wert
gehalten und die diesen Oberflächen aufgeprägten thermischen Belastungen minimiert.
Wenn die Abstände der Heizelemente vom Tiegel geringer wären als durch die Erfindung spezifiziert und vorstehend
erläutert, würde die Oberflächentemperatur des Tiegels aufgrund der dann stärkeren Konvektion und Strahlung höher
werden, und dies würde dem Tiegel eine höhere thermische Beanspruchung aufprägen. Die unerwünschte Konsequenz
wäre dann eine verringerte Lebensdauer eines solchen Tiegels. Eia größerer Abstand der Heizelemente von der Außenoberfläche
des Tiegels würde geringere Wärmekonvektion und -strahlung zur Folge haben, wodurch der Wärmewirt schaft s-Wirkungsgrad
einer solchen Vorrichtung beeinträchtigt werden würde.
Im Falle, daß der Abstand der Heizelemente von der jeweils
benachbarten kürzeren Seitenwandung der Heizkammer kürzer gewählt wäre als nach, der erfindungsgemäßen Konzeption zugelassen
und vorstehend erläutert, würde sich, der durch. Konvektion und Strahlung auf diese Kammerwandungs-Oberflachen
übertragene Wärmebetrag steigern, wodurch die Temperatur dieser Wandungsoberflachen ansteigen würde. Die unerwünschte
Folge hiervon wurden eiJie beeinträchtigte Wärmewirtschaftlichkeit
und höhere thermische und mechanische Beanspruchungen der Seitenwandungen sein, welche hohe
Betriebskosten und eine kürzere Lebensdauer der Eeizkammerwandungen bedingen wurden. Falls der Abstand der
Heizelemente von diesen Seitenwandungen größer wäre als erfindungsgemäß vorgesehen, würde dies eine unsinnige
Größe der Heizkammer zur Folge haben und würde insbesondere der Abstand der Heizelemente von den kürzeren Seitenwandungen
und dadurch vom Tiegel ansteigen. Dies wiederum würde sich in einer gesteigerten Größe und Oberfläche
der Außenwandung der Vorrichtung ausdrücken, was wiederum axt steigender Wärmeübertragungsfläche die Wärmeübertragung
an den Umgebungsraum steigern und damit die Wärmeverluste vergrößern würde. Die Folge hiervon wären
wiederum eine beeinträchtigte Wärmewirtschaftlichkeit der Vorrichtung und höhere Kosten.
Die anteilsmäßige Menge der Bestandteile in dem mineralischen Fasermaterial, das zur Erstellung der wärmedämmenden
Heizkammerwandungen verwandt wird, können beträchtlich
schwanken. Die Gesamtmenge von Al2O5 und SiO2
beträgt 50 bis 100 Gew.-*; die Henge von Al2O5 kann zwischen
0 und 100 Gew.-% liegen, beispeilsweise über AO Gew.-%, wie vorzugsweise AO bis 60 Gew.-%; die Menge an
Si02kann zwischen 0 und 100 Gew.-% liegen, beispielsweise
über AO Gew.-%, wie beispielsweise zwischen AO und 60
.-%; andere Zusätze und Verunreinigungen können in den
- 2A -
Fasern vorhanden sein, vorausgesetzt, diese Verunreinigungen bewirken keine Korrosion oder sonstige Beschädigung des Tiegels,
der Heizelemente oder der Konstruktionselemente der Vorrichtung, wobei daran zu denken ist, daß Eisenverbindungen
beispielsweise häufig für die Heizelemente und die Konstruktionselemente des Ofens schädlich sind.
Die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeisolierungsmaterials 4- beträgt
beispielsweise 0,1 kcal/m h C bei 4-00 0C in seiner
Außenlage und 0,3 kcal/m h 0C bei 1200 0C in seiner dem Tiegel
am nächsten gelegenen Innenlage.
Das Wärmeisolieruagsmaterial 4- besteht aus Mineralfasermaterial,
wie beispielsweise den unter den Bezeichnungen "Triton kaowool" oder Tiberfax" auf dem Markt verfügbaren
Materialien, welche die folgenden Bestandteile enthalten:
Al0Ox 4-3 bis 70 Gew.-%
SiO2 | 20 bis 54- Gew.-% |
Fe2O3 | Spuren |
TiO2 | Spuren |
MgO | Spuren |
GaO | 0,01 bis 1,0 Gew.-% |
Na2O | 0,1 bis 2,0 Gew.-%. |
Der Wirkungsgrad einer solchen Vorrichtung kann dadurch verbessert und die erforderliche Menge an Wärmeisolierungsmaterial
dadurch reduziert werden, daß ein bei in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispielen nicht dargestellter
Wärmestrahluagsreflektor zwischen den kürzeren Seitenwandungen der Heizkammer und den zu dieser parallelen Heizelementen
so angeordnet wird, daß er die Wärme in !Richtung Tiegel reflektiert.
— 25 —
Es ist möglich, die Vorrichtung nach der Erfindung mit
zusätzlichen Ausrüstungsteilen zu vervollständigen, die ihrerseits in Verbindung mit einer Schmelz- und Gießvorrichtung
an sich bekannt sind, wie beispielsweise einem Thermostat mit Temperatur-Pick-up (sichtbar in 3fig. M-oberhalb
der öffnung 16 und des oberen Heizelementes), Gießeinrichtungen, Verschlußeinrichtungen für die öffnungen
etc..
Zusammenfassend ist festzustellen, da3 die Erfindung erstmalig eine Schmelz- und Gieß-Vorrichtung schafft, mittels
derer Mineralien und/oder Metalle bzw. Metallegierungen geschmolzen und vergossen werden können, welche zum Schmelzen
eine Dauerbetriebstemperatur von bis zu 16^0 0C und
erforderlichenfalls kurzzeitig darüber benötigen. Die Erfindung
fußt hierfür auf der Verwendung von mineralischem I Wärmeisolierungsmaterial hohen VärmeieitungswiderStandes, |
das auch solches Jasermaterial sein kann, wie es zur War- [
meisolierung an sich bereits bekannt ist, benutzt dieses Material aber zur Erstellung der Heizkammerwandungen selbst.
Hierdurch werden die Nachteile herkömmlicher Kammerwand-Ausführungen, bei denen beträchtlich schwerere Baustoffe Verwendung
finden, wie beispielsweise keramische Materialien, feuerfeste Ziegel oder andere WärmeSpeichermaterialien, ausgeschaltet.
Weiterhin ermöglicht die Erfindung eine Steigerung der Lebensdauer der zur Verwendung kommenden Heizelemente
trotz deren höherer thermischer Belastung und zumindest eine Aufrechterhaltung der Lebensdauer des Tiegels, wenn nicht gar \
gleichfalls eine Steigerung derselben, im Vergleich zu be- ; kannten gattungsgemaßen Ausführungen. Dies wird durch gezielte
Unterbindung der Weiterleitung von in die Heizkammerwandung gegebenenfalls eingeleiteten Stoß- und Scaockbeanspruchungen
an die Heizelemente erreicht, wobei hierfür zweckmä- ■■■
Big das selbst gewisse Elastizität aufweisende wärmeisolierende Mineralfasermaterial gegebenenfalls unter Zwischenschal- k
" *-ü —
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tung einer Stütz- bzw. Trag- und Isolierhülse herangezogen
werden kann. Durch, die nach der erfindungsgemäßen Konzeption vorgeschriebene Anordnung und Zuordnung der Heizelemente
zueinander und zur Außenoberflache des Tiegels und/ oder der Innenoberfläche der Heizkammerwandung wird nicht
nur der Betrieb bei den genannten hohen Temperaturen überhaupt ermöglicht, sondern auch der Värmewirtschafts-Virkungsgrad
wesentlich verbessert, indem die Übertragung maximaler Strahlungsenergie von den Heizelemneten auf den Tiegel ohne
Gefährdung desselben mit thermischen Spannungen ermöglicht wird. Abgesehen von der soliden und verformungssteifen
konstruktiven Ausführung wird auch hierdurch die Lebensdauer aller hochtemperatur-dauerbeanspruchten Bauteile der Vorrichtung,
wie insbesondere der Heizelemente, des Tiegels und der Heizkammerwandungen gesteigert. Hierdurch erübrigen
sich manche bisher aufgrund vorzeitiger Ermüdungsund Ausfallerscheinungea dieser Bauteile erforderlichen
Wartungsarbeiten und die damit einhergehenden Ausfallzeiten im Betrieb einer solchen Vorrichtung. Die erforderlichen
Wartungsintervalle werden vergleichsweise erheblich länger. Aus allem resultiert eine wesentlich gesteigerte Gesamtwirtschaftlichkeit
der Vorrichtung nach der Erfindung.
Obgleich die Erfindung lediglich anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist sie ersichtlich
nicht auf diese beschränkt. Vielmehr stehen dem Fachmann vielfältige Möglichkeiten offen, sie durch andere Kombination
ihrer Merkmale oder deren Austausch gegen gleichwirkende
Mittel an die jeweiligen konstruktiven und/oder fertigungstechnischen Gegebenheiten und/oder an die jeweiligen Erfordernisse des einzelnen Einsatzfalls anzupassen, ohne dadurch
den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Claims (5)
1.) Vorrichtung zum Erstellen und Vergießen von Schmelzen
aus Mineralien oder Metallen, insbesondere hochschmelzenden
Metallen oder Metallegierungen, wie beispielsweise Kupfer und/oder Kupferlegierungen, mit einer
Heizkammer mit Seitenwandungen, einer DeckeIwandung
\ nd einer Bodenwandung, welche sämtlich eine Wärmeisolierung
aus im wesentlichen aus Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd bestehendem Material aufweisen und von
einem Stahlmantel umgeben sind, einem innerhalb der Heizkammer angeordneten Tiegelständer und einem auf
diesem angeordneten Tiegel sowie mindestens drei in der Heizkammer zwischen deren Wandungen und dem Tiegel
und zu diesem berührungskontaktfrei angeordneten und
mit elektrischen Zuleitungen versehenen Siliziumcarbid-Heizelementen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkammer (20) durch Seitenwandungen (1), Deckelwan-
§ dung (2) und Bodenwandung (3) gebildet ist, welche sämt
lich im wesentlichen aus seinerseits im wesentlichen aus
Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd bestehendem Material (4)
_ 2 —
BANKKONTO-. riSSSqNEfP BA'^IK.aJC.'FRÄ-NKFURT AM MAIS. NR 4-1I25I9
TASTaCHECK1KCfNTP Hi··. !?8Sö6O FRANKFUP"
— 2 —
erstellt sind und daß die Siliziumcarbid-Heizelemente
gegenüber mindestens einer Heizkammerwandung stoßgedämpft
abgestützt jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse zur Außenoberfläche (9) des Tiegels (7)
in der Heizkammer (20) angeordnet sind, der dem Zweibis Vierfachen des Außendurchmessers (1) des Heizelementes
(8) entspricht«.
2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandungen (1), Deckelwandung (2) und
Bodenwandung (3) der Heizkammer (20) aus Fasermaterial gebildet sind.
3.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandungen (i), Deckelwandung (2) und
Bodenwandung (3) der Heizkammer zumindest teilweise als Gußformteile aus gießbarem Värmeisoliermaterial
ausgebildet sind.
4-.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (8) je-.
weils mit einem Abstand ihrer Mittelachse zur Innenoberfläche
(10) der benachbarten Heizkammerwandung (1) angeordnet sind, der dem Zwei- bis Vierfachen
des Außendurchmessers (1 ) des Heizelementes (8) entspricht.
5.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (8) an
zwei gegenüberliegenden Wandungen (1) der Heizkammer (20) abgestützt sind.
6.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (8) in
an eich bekannter Weise parallel zu einer benachbar-
ten Heizkamin erwandung (1) horizontal angeordnet sind. j
7.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch f
gekennzeichnet, daß die Heizelemente (8) in an sich f bekannter Weise vertikal um den Tiegel (7) herum |
gruppiert sind. 5
8.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch {
gekennzeichnet, daß die Heizkammer (20) im we sent Ii- jchen
die Form eines länglichen Parallelepipeds hat, | in dem der Tiegel (7) im wesentlichen mittig angeord- |
net ist, und daß die Heizelemente (8) die einander ge- I genüberliegenden längeren Seitenwandungen (1) der
Heizkammer (20) in zu den kürzeren Seitenwandungen (1) der Heizkammer (20) paralleler horizontaler Lage
durchdringen und in zwei jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Tiegels (7) zwischen diesem und den
kürzeren Seitenwandungen (1) der Heizkammer (20) angeordneten vertikalen Seihen übereinander angeordnet
sind, wobei der Abstand ihrer Mittelachsen zur Außenoberfläche (9) des Tiegels (7) dem 2,3- bis 3,5-fachen
des Außendurchmessers (1) der Heizelemente (8) entspricht.
9. ) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizelemente (8) jeweils mit einem Abstand ihrer Mittelachse von den kürzeren Seitenwandungen
(1) der Heizkammer (20) angeordnet sind, der dem Zwei- bis Dreifachen ihres Außendurchmessers (l )
entspricht.
10.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekannzeichnet, daß die Heizkammer im wesentlichen
die iOrm eines Hexagonepipeds hat, in dem der Tiegel
im wesentlichen mittig angeordnet ist,und daß die
Heizelemente in vertikalen Reinen von jeweils mindestens
zwei Heizelementen parallel zu jeder den sechseckigen Querschnitt des Hexagonepipeds "begrenzenden
Seitenwandung die "beiden benachbarten Seitenwandungen jeweils schräg durchdringend in horizontaler
Lage angeordnet sind, wobei entsprechende Heizelemente der auf gegenüberliegenden Seiten des
Tiegels liegenden zueinander parallelen Reihen jeweils gleichen Abstand ihrer Mittelachse vom Boden
der Heizkammer haben, der jedoch von einer Reihe zur benachbarten und von dieser zur dieser benachbarten
folgenden Reihe größer ist.
11.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
das unterste Heizelement (8) mit einem Abstand seiner Mittelachse vom Boden (5) der Heizkammer (20) angeordnet ist, der
dem Drei- bis Fünffachen seines Außendurchmessers (1) entspricht.
12.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,. dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (8) mit
einem Abstand der Mittelachsen zweier benachbarter Heizelemente (8) zueinander angeordnet sind, der dem
Zwei- bis Vierfachen des Außenaur-ehmessers (1) der
Heizelemente (8) entspricht.
13.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Heizelemente (8) an sich bekannte gewendelte Siliziumcarbid-Heizelemente
eingesetzt sind.
14.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stoßgedämpfte Abstützung
eines jeden Heizelementes (8) durch eine
• « · β
• α ·
— 5 *-
elastische Lagerungseinrichtung gebildet ist, die im die Heizkammerwandung (1 bzw- 2,3) durchdringenden
Bereich des Heizelementes (8) dieses gegenüber der Heizktnmerwandung (1 bzw. 2,3) abstützt.
15-) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die stoßgedämpfte Abstützung
eines jeden Heizelementes (8) durch direkte Auflage seines"die Heizkammerwandung (1) durchdringenden
Bereichs auf dem elastischen. Wärmeisolierungsmaterial (4) derselben erbracht ist.
16.) Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15) dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizelemente (8) in ihren die Heizkammerwandung (1) durchdringenden Bereichen jeweils
von einer Isolierhülse umgeben sind.
17.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwiscnen den Heizelementen
(8) und der Heizkammerwandung (1) ein Wärmestrahlungsreflektor
angeordnet ist, mittels dessen die in · Richtung auf die Heizkammerwandung (4) abgestrahlte
Wärme in Richtung Tiegel (7) zurückstrahlbar ist.
18.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Deckelwandung
(2) und/oder die Bodenwandung (3) der Heizkammer (20) wenigstens bereichsweise Verstärkungen auf-
~ weisen.
19.) Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungen als Einlagen im Material der
Heizkaminerwandungen (2 bzw. 3 bzw. 4) angeordnet
sind.
20.) Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß
die "Verstärkungen zumindest teilweise aus Wärmespeichermaterial gebildet sind.
21.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (21) zur
Verhinderung des Austritts von Metalldämpfen in die Heizkammer (20) zwischen der Tiegelöffnung und der
Deckelwandung (2) der Heizkamin er (20) angeordnet ist.
22.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (21) zur
Verhinderung des Eintritts von oxydationsfähigen Gasen, insbesondere Luft, in den Saum oberhalb des Tiegels
(7) zwischen der Tiegelöffnung und der Deckelwandung (2) der Heizkammer (20) angeordnet ist.
25.) Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (21) zur Verhinderung des Austritts
von Metalldampfen in die Heizkammer (20) gleichzeitig
als Dichtung zur Verhinderung des Eintritts von oxydationsfähigen Gasen aus dieser in den Raum oberhalb
des Tiegels (7) ausgebildet und angeordnet ist.
24-.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Easermaterial
(4) in seiner Außenlage eine Wärmeleitfähigkeit von 0,1 kcal/m h 0C bei 400 0C und in seiner
Innenlage eine Wärmeleitfähigkeit von 0,3 kcal/m h C bei 1200 0C aufweist.
Patentanwalt
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19808023915 DE8023915U1 (de) | 1980-09-08 | 1980-09-08 | Vorrichtung zum erstellen und vergiessen von schmelzen aus mineralien oder metallen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19808023915 DE8023915U1 (de) | 1980-09-08 | 1980-09-08 | Vorrichtung zum erstellen und vergiessen von schmelzen aus mineralien oder metallen |
Publications (1)
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---|---|
DE8023915U1 true DE8023915U1 (de) | 1983-02-03 |
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ID=6718652
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19808023915 Expired DE8023915U1 (de) | 1980-09-08 | 1980-09-08 | Vorrichtung zum erstellen und vergiessen von schmelzen aus mineralien oder metallen |
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-
1980
- 1980-09-08 DE DE19808023915 patent/DE8023915U1/de not_active Expired
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