DK161746B - Apparat til automatisk tilfoersel og dosering af en neutral gas og trykluft for et anlaeg til formstoebning af emner under lavt tryk - Google Patents

Description

, DK 161746 B

Opfindelsen omhandler et doseringsapparat til brug ved formstøbning af emner under lavt tryk og af den i krav l*s indledning angivne art.

Fra eksempelvis beskrivelsen til fransk patent nr. 2 147 827 kendes et apparat til formstøbning, hvor den tætlukkede beholder sættes under tryk ved hjælp af trykluft eller en gasart, som er inaktiv over for det materiale, der skal støbes.

Især ved formstøbning af metaller og metallegeringer under lavt tryk, optræder der næsten altid ofte væsentlige oxideringsfænomener 2

DK 161746 B

i det flydende metal, når trykket sænkes for at bringe det ikke-størknede metal ned igen i stigroret og derfra i digelen. Adskillelsen imellem den størknede del og den flydende del er aldrig glat, da elementer i dejagtig stand løsrives og ophobes på væskens overflade i stigroret. Når beholderen atter sættes i forbindelse med atmosfæren, oxideres disse metalbelægninger.

Fra beskrivelsen til fransk patent nr. 2 156 725 kendes et lavtryksstøbeanlæg af den indledningsvis i krav 1 angivne art, hvorved man undgår dannelsen af oxider i stigroret under selve formstøbningen ved at anvende en inaktiv trykgas, men under afmonteringen står hele gasindsprøjtningssystemets indre i forbindelse med atmosfæren.

Opfindelsen har til formål i et anlæg af den omhandlede art at undgå enhver indførsel af luft og dermed risiko for oxidation og tilvejebringe en konstant og nøjagtig dosering af den ringe mængde tilførte neutrale skyllegas, hvorved den metallurgiske kvalitet af de formstøbte emner forbedres.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved et apparat af den i krav l’s kendetegnende del angivne art, hvormed der kan tilvejebringes en nøjagtig dosering af den tilførte inaktive trykgas under alle apparatets operationsfaser.

Apparatforbindelserne til de to cylinderkamre kan hensigtsmæssigt tilvejebringes over bøjelige rørledninger som angivet i henholdsvis krav 2 og 3.

Til at bringe cylinderen tilbage til ligevægtsstillingen kan der hensigtsmæssigt anvendes et tilbagestillingsorgan, som angivet i krav 4.

Opfindelsen forklares nedenfor i forbindelse med tegningen, hvor: fig. 1 viser et skematisk snit igennem et apparat til støbning under lavt tryk ved den i ovennævnte franske patentbeskrivelse nr. 2 147 827 omtalte fremgangsmåde.

DK 161746B

fig. 2 et delsnit igennem en foretrukken udførelsesform for støbe- apparatet ifølge opfindelsen, 3 fig. 3 et andet snit igennem apparatet på fig. 2, der viser afiltnings- og afgasningsoperationerne, fig. 4 et automatisk tilførselsapparat for en neutral gasart til et støbeapparat under lavt tryk ifølge opfindelsen, og fig. 5 og 6 to forskellige stillinger af cylinderen, der anvendes som doseringsorgan i tilførselsapparatet på fig. 4.

Det på fig. 1 kendte apparat omfatter en tætlukket beholder 2, eksempelvis en ovn, i hvilken der er anbragt en digel 4, som rummer et støbemateriale 6, eksempelvis et metal eller en letmetallegering, i flydende tilstand. Et stigrør 8, der kan være lodret eller skråtstillet, dykker ned i det flydende metal og står ved sin øverste ende i forbindelse med en støbeform 10 over et indskudt kompressions/ekspansions-kammer 12. Støbeformen 10 omfatter ved sin øverste ende et gasudslipningsorgan 14.

Kammeret 12 består af et første hulrum 16 og et andet hulrum 18, der står i forbindelse med hinanden forneden igennem en åbning 20. Det andet hulrum 18, som danner en gasklokke, kan rumme en gaspude 22 under tryk og har ved sin øverste del et udløbsrør 24.

Beholderen 2 er forsynet med et trykpåføringsorgan 26.

Indeni røret 24 er der indskudt en stopventil 28 og en strømningsbegrænser eller strømningsmåler 30, og den frie ende 32 af røret 24 er forbundet med en neutral gaskilde N over for det materiale, der skal støbes, eksempelvis en aluminiumslegering. Eksempelvis kan der anvendes nitrogen, argon eller en anden gasart med de samme egenskaber, og som muliggør at opbygge en ikke-oxiderende atmosfære over det flydende metal.

1 røret 26 er der indskudt en trevejsventil 34, hvormed beholderen 2 selektivt kan tilsluttes en trykluftskilde A, et rør 36, som udmunder i den omgivende atmosfære, eller kan aflukkes fra omverdenen.

4 DK 161746 B

Under den første operationsfase efter lukning af støbeformen-efter udtagning af det foregående støbte emne er ventilen 34 lukket, idet beholderen 2 står under atmosfærisk tryk, og. ventilen 28 er åben, idet strømningsmåleren 30 tilvejebringer en let strømning af neutral gas (eksempelvis af størrelsesordenen 1 1/min), som foretager en udskylning ved lavt tryk af tilførselssystemet.

Under den anden operationsfase sættes ventilen 34 i forbindelse med trykluftskilden A til at sætte tryk på beholderen 2. Det flydende metal stiger op i stigroret 8 og videre igennem kompres— sions/ekspansions-kammeret 12 og op i støbeformen 10. Det flydende metal komprimerer i det andet hulrum 18 puden 22 af neutral gas, og det herved dannede modtryk anvendes til at afbryde tilgangen af neutral gas.

Under hel eller delvis størkning af det emne, der skal støbes (alt efter om der skal fremstilles massive eller hule emner), lukkes ventilen 34 for at opretholde påfyldningstrykket.

Under den tredje operationsfase, dvs. efter hel eller delvis størkning af det emne, der skal formstøbes, og lige før retursætningen at det atmosfæriske tryk i beholderen 2, genåbnes ifølge opfindelsen ventilen 28 til at indsprøjte en lille mængde neutral gas i hulrummet 18, indtil væskestanden her er således, at den neutrale gas kan undslippe til den øverste del af hulrummet 16. Denne installationsbetingelse er vist på fig. 2, der viser et delsnit igennem en foretrukken udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen.

Ved tilbagestilling af ventilen 34 til den omgivende atmosfære begrænses tilførselen af neutral gas igennem røret 24 til en meget ringe strømning under fuldstændig nedstigning af metallet i røret 8 indtil afslutningen af tryksænkningen, hvilket muliggør i den fjerde operationsfase at fjerne det støbte emne under opretholdelse af en neutral atmosfære i tilførselssystemet indtil den næste operation.

5 DK 161746 B

Som "bedst vist på fig. 3 kan apparatet ifølge opfindelsen også anvendes til afgasning og afiltning, især til fjernelse af o.xi-der, som kunne være ophobet i stigroret 8.

I den på fig. 2 og 3 viste foretrukne udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen står stigroret 8 lodret, og kompressions/ekspan-sions-kammeret 12 har en særlig konstruktion.

Det er udformet som et omdrejningslegeme omkring apparatets lodrette akse og kan bestå af to dele 38 og 40, som i det væsentlige er keglestubformede og forbundne indbyrdes,(eller også af en enkelt støbt del) og med sådanne profiler, at det første hulrum 16 befinder sig midt i kammeret 12, medens det andet hulrum 18 er udformet som en ring omkring det første hulrum 16.

Når standen af metallet eller i almindelighed det materiale, der skal formstøbes, i kammeret 12 under den anden operationsfase når en højde 42, der svarer til den på fig. 1 viste højde, er en vis mængde neutral gas indesluttet i det højtliggende kegleringsformede tætsluttede parti 22 af det andet hulrum 18.

Når det flydende metal når standen 42, er de to hulrum 16 og 18 afgrænset indbyrdes af en ringformet væg 44» som dykker ned i det flydende metal.

Fig. 2 viser mere detaljeret den tredje operationsfase,dvs. den, hvor der efter hel eller delvis størkning af det emne 46, der skal formstøbes, igennem røret 24 indsprøjtes en lille mængde neutral gas, indtil standen af væsken 48 i det keglerings formede rum 22 er således, at den neutrale gas kan undslippe (ifølge pilret-ningeme 50) til apparatets øverste centrale del.

Der er tilvejebragt et sikringsorgan 52 bestående af to elektroder eller kontakter, der kortsluttes, såfremt metallet stiger op over den foreskrevne stand i hulrummet 18 (eksempelvis i tilfælde af en dårlig tætlukning af hulrummet som følge af en afledning i røret 24 eller foran dette). Sikringsorganet 52 afbryder da automatisk tryksætningen af beholderen 2.

Fig. 3 viser apparatets muligheder for afgasning og afiltning.

Når dette ønskes foretaget, er det tilstrækkeligt at afspærre for-

6 DK 161746 B

bindelsesdysen til støbeformen ved hjælp af en tætlukkende prop 54 og sætte overtryk til den neutrale gas, eksempelvis nitrogen, som tilføres igennem røret 24, for at få gassen til at boble i det flydende bad. Beholderen 2 sættes da i forbindelse med den omgivende atmosfære igennem en åbning 56 (der eksempelvis kan være en påfyldningsåbning) eller ved at sætte ventilen 54 på fig. 1 i en passende stilling. De oxider, der kan være ophobet i røret 8, forskydes imod overfladen af badet, og de kan derfor ikke længere medføres til emnet under hver påfyldning, og det flydende metal underkastes en kraftig afgasning.

Det på fig. 4 viste tilførselsorgan omfatter en tætlukket cylinder 58, der svinger omkring sin vandrette akse 60 og indvendigt opdeles af en diametralt forløbende væg 62 med en spalte 64 forneden. Cylinderen 58 er halvt fyldt med olie eller en anden ikke-flygtig væske, som er meget stabil og inaktiv over for den benyttede gasart. To tilgange 66 og 68 udmunder i de øverste partier af de respektive rumfang V1 og Tilgangene 66 og 68 er forbundne med meget bøjelige rørledninger henholdsvis 70 og 72 til svingnings c entr et, og en let ballast 74 opretholder normalt cylinderen 58 i den på fig. 4 viste stilling med lodretstående skillevæg 62.

Røret 24, der udmunder foroven i kompressions/ekspansions-kam-meret 12, er forbundet med åbningen 66 (der står i forbindelse med rumfanget Y^) igennem en bøjelig rørledning, der ikke indvirker på svingningerne af cylinderen 58 omkring dennes akse 60.

Imellem cylinderen 58 og kammeret 12 er indskudt ventilen- 28 og en tilgangsledning 52 for den neutrale gasart N, der afgives af strømningsmåleren 50, der også fungerer som en ekspansionsventil.

Åbningen 68 (der står i forbindelse med rumfanget Y2) er ligeledes gennem en bøjelig rørledning forbundet med trykrøret 26 til beholderen 2, hvilket rør selv er forbundet med trykluftskilden A igennem ventilen 54.

Under den første operationsfase, dvs. når støbeformen er blevet lukket efter udtagning af det sidst formstøbte emne, er cylinderen 58 i ligevægtstilling med en lodret stående skillevæg 62 som vist på fig. 4. Yentilen 28 står åben, og strømningsmåleren 50 tilvejebringer under lavt tryk en skylning (eksempelvis af stør-

DK 161746 B

relsesordenen 1 1/min) af tilførselssystemet og opretholder den neutrale gas i rumfanget V^ under atmosfærisk tryk. Ventilen 34 står lukket, og beholderen 2 står under atmosfærisk tryk ligesom rumfanget V2<

Under den anden operationsfase åbnes ventilen 34 til at sætte tryk på beholderen 2, og ventilen 28 lukkes til tætlukning af det øverste rumfang 22 i det andet hulrum 18 af kammeret 12.

Trykforøgelsen i rumfanget V2 presser væsken i cylinderen 58 imod venstre og bringer cylinderen til at svinge ved at komprimere gassen i rumfanget V^, hvilken stilling er vist på fig. 5.

Strømningsmåleren 30, der virker som en ekspansionsventil, lukkes automatisk under virkning af trykforøgelsen i rumfanget V^.Ligevægtstilstanden ved drejning af cylinderen 58 nås, så snart støbeformen er opfyldt og trykkene i rumfangene V^ og V2 er i det væsentlige udlignet som følge af, at ballasten 74 har en ringe vægt og netop tilstrækkelig til at kompensere for friktionskræfter ved tilbagevending til den oprindelige ligevægtstilstand.

Ved afslutningen af den anden operationsfase bringes det støbte emne til størkning (helt eller delvis) ved at opretholde påfyldningstrykket (ventilen 34 er lukket).

Under den tredje operationsfase åbnes på et tidspunkt lige før tilbagestillingen til det atmosfæriske tryk ventilen 28, som tilvejebringer tryknedsættelsen i rumfanget V^ og adskiller materialets faste del fra dets flydende del i højde med det nederste parti af støbeformen, og rumfanget V1 formindskes under den begrænsede udvidelse af rumfanget V2 som følge af den lukkede ventil 34.

Cylinderen 58 indtager da den på fig. 6 viste stilling. Takket være denne ekstra svingning af cylinderen indsprøjtes automatisk en doseret mængde af neutral gas som angivet ovenfor i forbindelse med fig. 2, så at atmosfærens oxygen holdes ude.

Ler står da kun tilbage at sætte ventilen 34 i forbindelse igen med den omgivende atmosfære for at ekspandere beholderen 2. Manøvreringen af ventilen 34 kan styres kronometrisk, eksempelvis 2 eller 3 sekunder efter åbningen af ventilen 28, eller den kan styres af en grænsekobler 76 (fig. 6), der aktiveres af cylinderen 58 ved afslutningen af svingningsbevægelsen.

8 DK 161746 B

Der skabes da en adskillende atmosfære, og væskesøjlen synker ned igen i røret 8.

Under den fjerde operationsfase vender cylinderen 58 tilbage til sin på fig. 4 viste udgangsligevægtsstilling, medens strømnings-måleren 30 igen tilvejebringer en skylning ved en svag strømning af neutral gas, da den ikke længere underkastes et modtryk. Emnet udtages derefter af støbeformen, som derefter genlukkes med en neutral atmosfære, og arbejdskredsløbet genoptages.

Det automatiske apparat ifølge opfindelsen til forbindelse af trykluft og neutral gas bar en simpel konstruktion og fjerner enbver muligbed for udsivning imellem de to zoner (luft og neutral gas), og det tilvejebringer en nøjagtig og konstant dosering af neutral gas til afskylning, hvilket forbedrer de støbte emners metallur-giske kvalitet.

Claims (4)

1. Apparat til automatisk tilførsel og dosering af en neutral gas og trykluft, hvilket apparat er indskudt i udløbsrøret (24) og trykpåføringsrøret (26) for et anlæg til formstøbning af emner under lavt tryk, hvilket anlæg omfatter en støbeform (10), hvis nederste ende står i forbindelse med et kompressions/eks-pansions-kammer (12), der selv over et stigrør (8) står i forbindelse med en digel (4), som er lejret i en tætlukket beholder (2), hvilket kammer (12) omfatter et første hulrum (16) og et andet hulrum (18), der står i forbindelse med hinanden forneden, og hvilket andet hulrum (18) ved sit øverste parti er forsynet med et udløbsrør (24), der er forbundet med en trykgas-kilde, hvilken gas er en neutral gas over for det i digelen (4) indeholdte støbemateriale, en stopventil (28) og et strømningsdo-seringsorgan (30), som er indskudt i røret (24) imellem ventilen (28) og den neutrale gaskilde, hvorhos stopventilen (28) er indrettet til at afbryde tilførselen af neutral/ gas, når trykket i det andet hulrum (18) stiger over atmosfærens tryk, og hvor den tætlukkede beholder (2) er forsynet med trykpåføringsrøret (26), som er forbundet med en trykluftskilde over en indskudt stopventil (34) , kendetegnet ved, at det omfatter en cylinder (58) med en vandret akse (60), som er monteret frit svingelig omkring denne akse, hvilken cylinder ved en i cylinderens ligevægtsstilling lodret, diametralt forløbende skillevæg (62) er opdelt i to kamre (V^, Y^)/ der kun står i forbindelse med hinanden igennem mindst én åbning (64) tilvejebragt i den nederste zone af skillevæggen (62), hvilken cylinder (58) er delvis fyldt med en væske, som dækker åbningen (64), hvorhos det første kammer (V^ ved sit øverste parti er tilsluttet udløbsrøret (24) i-mellem stopventilen (28) og strømningsdoseringsorganet (30), der er indrettet til at virke som en ekspansionsventil, der lukker, når trykket stiger i det første kammer (V·^), og det andet kammer (V2) ved sit øverste parti står i forbindelse med trykrøret (26) imellem beholderen (2) og stopventilen (34).

10 DK 161746 B

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det første kammer (V^) står i forbindelse med udløbsrøret (24) ved hjælp af en bøjelig rørledning (70).

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at det andet kammer (V2) står i forbindelse med trykrøret (26) igennem en bøjelig rørledning (72).

4. Apparat ifølge et eller flere af kravene 1-3> kendetegnet ved, at cylinderen (58) er forsynet med et som en let ballast udformet tilbagestillingsorgan (74) for cylinderen til en ligevægtsstilling, i hvilken skillevæggen (62) står lodret.