EP1402977B1 - Schutzgaseinrichtung für Druckgussmaschinen - Google Patents

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EP1402977B1
EP1402977B1 EP02021445A EP02021445A EP1402977B1 EP 1402977 B1 EP1402977 B1 EP 1402977B1 EP 02021445 A EP02021445 A EP 02021445A EP 02021445 A EP02021445 A EP 02021445A EP 1402977 B1 EP1402977 B1 EP 1402977B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
shielding gas
shielding
gas device
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02021445A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1402977A1 (de
Inventor
Norbert Dr.-Ing. Erhard
Ulrich Schrägle
Gerd Mentel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oskar Frech GmbH and Co KG
Original Assignee
Oskar Frech GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to DE50211923T priority Critical patent/DE50211923D1/de
Application filed by Oskar Frech GmbH and Co KG filed Critical Oskar Frech GmbH and Co KG
Priority to ES02021445T priority patent/ES2302776T3/es
Priority to AT02021445T priority patent/ATE389483T1/de
Priority to EP02021445A priority patent/EP1402977B1/de
Priority to US10/529,080 priority patent/US7290588B2/en
Priority to AU2003262517A priority patent/AU2003262517A1/en
Priority to PCT/EP2003/010450 priority patent/WO2004030849A1/de
Priority to PL375750A priority patent/PL206577B1/pl
Priority to JP2004540657A priority patent/JP4537204B2/ja
Priority to CZ2005153A priority patent/CZ2005153A3/cs
Publication of EP1402977A1 publication Critical patent/EP1402977A1/de
Priority to HK04104452A priority patent/HK1061541A1/xx
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/30—Accessories for supplying molten metal, e.g. in rations

Definitions

  • the invention relates to a protective gas device for a die-casting machine, which includes at least one melting furnace, in particular for processing magnesium melts, with openings in the furnace for supplying the protective gases, with various sources of inert gas, with a downstream container for receiving a mixture of individual shielding gases and with at least one metering device, via which the container communicates with the openings of the melting furnace.
  • the magnesium melts contained in the melting furnace of die-casting machines must be covered with an inert gas mixture.
  • mixtures of carrier gases, and sulfur hexafluoride (SF 6 ) or sulfur dioxide (SO 2 ) are used, such as N 2 and SF 6 , dry air and SF 6 or dry air with SO 2 .
  • the aim is to keep the concentration of Inertgasanteile in the mixture as low as possible.
  • the individual components are filled at relatively low pressure (0.8 to 1.5 bar) by quantitatively matched supply in a container from which the gas mixture is removed and fed to the melt surface.
  • the type of mixing process usually leads to stratification or it can not be ensured that it does not come to that. Stratification can also occur if the gas has not mixed properly and then settles due to the influence of gravity. A homogeneous mixture is not formed. When gas is removed, the resulting concentration fluctuations influence the inerting effect. Too low inert gas concentration causes burning; too high a concentration to corrosion behavior at the melting furnace and at the pouring unit as well as to unnecessarily high defective emission.
  • the inlet openings are grouped together and connected to different dosing devices, eg for one or more ovens, then changes in the dosing of one inlet opening have an influence on the dosing at the other inlet openings.
  • the setting is usually very difficult.
  • local over or underdosing in the oven can occur in this way. It can in the furnace chamber above the melt areas of SF 6 enrichment and sites of SF 6 depletion occur, which is referred to as concentration shadows.
  • concentration shadows If a change in the dosage is desired in the known types, for example in different modes such as normal operation, cleaning, emergency operation, then the setting must be determined and adjusted in each case. In a complex manner, the amount of mixed gases must be adapted to the operating state.
  • WO 99/02287 A1 discloses a shielding gas device for a die-casting machine for processing magnesium melts, comprising a dry air and SO 2 gas source, a coupled to these gas sources mixing unit with a flow regulator for the two shielding gases and a control unit for monitoring and adjusting the composition and supply amount of the Comprises gas mixture.
  • the two gas supply lines to a further gas mixture line, in which the two gases mix and from the gas mixture is introduced into one or more furnaces, in the latter case associated branch lines with flow meter and valve elements for dividing the protective gas mixture on the individual furnaces are provided.
  • the present invention has for its object, a protective gas device of the type mentioned in such a way that a simple and reaction-free Schutzgasbeetzschlagung the melts is achieved and the aforementioned problems are avoided.
  • the dosing can be continuous or discontinuous, ie pulsating. In the latter case, so with intermittent admission of the inlet nozzle, even small amounts can be metered controlled without the risk that then due to low pressure no beam expansion, ie no "atomization" takes place.
  • an arrangement with which to "atomize” requires two preconditions, namely, on the one hand, a certain pressure and, on the other hand, a certain volume through which a back pressure from the nozzle is established. Will that be Volume so small that this back pressure can not be maintained, would be the Verdüsungs bin away.
  • the metering device can intermittently, so pulsating, provide the gas and so on average reduce the fumigation, although the system in the Begasungsart still works. A mechanical adjustment of the nozzle itself to this least quantity dosage is therefore not necessary.
  • the inlet nozzles are arranged distributed on the furnace so that a gas flow to the already existing leaks of the furnace is formed, so that in this way a uniform concentration distribution is ensured.
  • weaks is intended here all intentional and unwanted openings of the furnace, such as. Charging openings, cleaning holes and actually leaking bodies are understood.
  • the inlet nozzles are also arranged to be protected from contamination or clogging.
  • the operating pressure of the metering device which is kept constant, is matched to the type of inlet nozzles and thus also to the desired distribution principle of the gas mixture in the oven.
  • the inlet pressure at the metering unit ie, the pressure in the accumulator is also monitored, so that the operating pressure for the metering device can be maintained. If the pressure drops for any reason, the dosing unit can be switched to emergency gassing via appropriate signals, which also trigger visual indications, and open the gas outlet.
  • the dosage ie the desired amount of gas
  • different groups of inlet nozzles can be operated via several dosing units. Adjusting the amount of one group of inlet nozzles does not affect the amount of the other group and also does not affect mixture formation, i. on the concentration of the protective gas.
  • a plurality of metering devices can also be connected in parallel to one another for different furnaces and supplied by the pressure accumulator.
  • Each dosing unit can be provided with a device for adjusting the dosing, with each dosing unit is assigned a mode button in a simple manner, via which the operator can determine the dosing.
  • Each dosing unit can also be provided in a development of the invention with a control logic that receives signals about the oven status. In this way, an automatic control of the protective gas concentration can be achieved.
  • the accumulator is preceded by a mixing device with a mixing chamber in which the gases forming the inert gas mixture are combined under pressure.
  • the system pressure of this mixing device can be adjusted to the operating pressure of the metering devices.
  • the system pressure of the mixing device must be chosen sufficiently higher than the operating pressure of the dosing devices.
  • each pressure control means are assigned and also equal pressure regulator for maintaining Pressure to achieve a constant pressure control between the carrier gas and inert gas can be provided.
  • This embodiment has the advantage that the mixing gases, i. the constituents of the protective gas are formed under turbulent flow in the set mixing ratio in the mixing chamber and then fed to the pressure vessel.
  • the mixing of gases works without any electrical energy input. Even in the event of a power failure, it is therefore possible to generate exactly the mixture as long as there are sufficient mixing gases.
  • the concentration is not changed.
  • the system mixing device and metering device is thus able to keep the concentration even in case of power failure. Only the dosing quantity goes back to fixed continuously dosed emergency gassing quantities. The emergency operation can be run in a de-energized state, which is naturally indicated by signaling devices.
  • a mixing device with a pressure accumulator can, as already mentioned, supply a plurality of metering units which act either on different inlet nozzle groups on a furnace or also on several furnaces whose metered quantities are independent.
  • the change in the operating state of a melting furnace and thus necessary changes in its dosage, have no effect on the other furnaces.
  • the pressure in the pressure accumulator is monitored and for this purpose may be provided, for example, in the connecting line between the mixing chamber and accumulator pressure monitoring device.
  • the mixing chamber can be assigned to a gas analyzer, with which the concentration the gas mixture is controllable.
  • This gas analyzer can easily compare the gas mixture of the mixing chamber with a reference gas mixture and in case of deviations emit a signal to the mixing device, via which the supply of the mixed gases can be controlled.
  • the Fig. 1 framed dot-dash lines to recognize a melting furnace 1, the molten bath to be covered with inert gas.
  • This melting furnace 1 is in detail from the 4 and 5 can be seen and explained there.
  • the gas mixing and metering unit provided for pressurizing the melting furnace 1 with protective gas initially exists from a gas mixing unit 2, whose construction is based on Fig. 2 is shown.
  • This gas mixing unit is the one used, the inert gas used, ie SF 6 or SO 2 in the direction of arrow 3, and a carrier gas, for example, nitrogen N 2 in the direction of arrow 4.
  • the mixing of these two components is carried out under pressure, as in more detail based on Fig. 2 will be explained.
  • the protective gas mixture thus formed is then held within the gas mixing unit in a pressure accumulator, from which protective gas is continued via the connecting line 5 and 6 to metering devices 7 and 7a.
  • the structure of these metering devices is out Fig. 3 recognizable. Further metering devices can be connected to the continuing line 6 '. From the metering devices 7 and 7a, the protective gas is passed via the connecting lines 8 and 8a to inlet nozzles 9 and 9a and enters there into the space of the melting furnace 1 above the melt. This will be explained in detail on the basis of 4 and 5 described.
  • Fig. 2 shows that the protective gas, so for example SF 6 through the terminal 3 and carrier gas eg N 2 is given through the port 4 in the mixing device 2, wherein both mixed gases each pass through a filter 10 in the lines 11 and 12. From a central monitoring logic 13 while an input pressure monitoring 14 is made and the pressure in these input lines 11 and 12 respectively displayed by respective pressure gauge assemblies 15. With a pneumatic constant pressure control 16 it is ensured that the pressure in the two supply lines 11 and 12 of the mixed gases supplied is in each case the same. The gases are kept under a pressure of at least 5 bar.
  • the concentration setting of the guided through the conduit 11 protective gas takes place at the point 17.
  • the parallel feed line 12 of the carrier gas is a corresponding throttle point 18 and both Pressure lines 11 and 12 are led to a mixing chamber 19, in which the two gases each exit from nozzles 20 under pressure and can be guided in the resulting turbulent flow to a homogeneous mixture.
  • This homogeneous gas mixture is then fed to a pressure accumulator 21 via the line 22, the pressure of which is monitored via an outlet pressure monitor 23 of the monitoring logic 13 and again displayed via a pressure gauge 15.
  • a homogeneous mixed gas is stored depending on the inlet pressure (here 4 - 5 bar), which can then be passed via the continuing line 5 to one or more metering devices 7.
  • the Fig. 3 shows as an exemplary embodiment, the metering device 7 of Fig.1 of which the mixed gas is supplied under pressure through the conduit 5.
  • a filter 10 upstream of a secondary line 24 whose pressure is monitored via the device 25 and a central dosing logic and monitoring device 26 and also adjusted centrally via the devices 27 and 28 and the central controller 29 to a certain operating pressure, approximately in of the order of 1.8 to 3.0 bar.
  • This pressure can be visualized via a pressure gauge 10.
  • a device 33 for determining the respective operating mode, ie for determining the dosage is provided, wherein in a practical embodiment, various buttons can be provided which can be actuated by the operator. These keys are symbolized by the arrows 34.
  • the central dosing logic is also provided with signal inputs 35 from the die casting machine and the melting furnace 1 ago and corresponding Signal outputs to the oven and to the die casting machine are indicated by the arrows 36. Finally, the central dosing logic also has a device 37 for signaling the operating state and for indicating any faults.
  • the outlet line 8 is provided in the embodiment with an optical display device 38 for displaying the flow.
  • the melting furnace 1 shown in the embodiment has a removal chamber 39 and a storage chamber 40, which are separated by a wall 41 from each other. In both chambers melt is up to level 42 and the space 43 and 43a above the melt level is applied to the protective gas mixture.
  • the removal chamber 39 is in a known manner - it is hot chamber die casting machine - the melt removal device 44.
  • the pressure lines 8 and 8a, which lead the inert gas mixture respectively to inlet nozzles 9 and 9a are here (pressure line 8) of the extraction chamber 39 and (pressure line 8a) associated with the melting chamber 40.
  • the intake nozzles 9 for the removal are, as Fig.
  • the Fig. 6 shows by way of example one of these pressure inlet nozzles 9, which is provided with a screw thread 48 for attachment to corresponding pressure lines and with a throttle 49 or with an orifice behind which the gas under pressure undergoes a beam expansion, resulting in a turbulent and for a uniform distribution caring blurring in the rooms 43 and 43a provides.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schutzgaseinrichtung für eine Druckgussmaschine, die wenigstens einen Schmelzofen beinhaltet, insbesondere zur Verarbeitung von Magnesium-Schmelzen, mit Öffnungen im Schmelzofen zur Zufuhr der Schutzgase, mit verschiedenen Schutzgasquellen, mit einem diesen nachgeschalteten Behälter zur Aufnahme einer Mischung einzelner der Schutzgase und mit mindestens einer Dosiereinrichtung, über die der Behälter mit den Öffnungen des Schmelzofens in Verbindung steht.
  • Zur Unterbindung der Reaktion von Magnesium mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff müssen die im Schmelzofen von Druckgussmaschinen enthaltenen Magnesium-Schmelzen mit einem Inertgasgemisch abgedeckt werden. Zu diesem Zweck werden Gemische von Trägergasen, und Schwefelhexafluorid (SF6) oder Schwefeldioxid (SO2) eingesetzt, wie z.B. N2 und SF6, trockene Luft und SF6 oder trockene Luft mit SO2. Dabei wird angestrebt, die Konzentration der Inertgasanteile im Gemisch so gering wie möglich zu halten.
  • Bei den bekannten Einrichtungen zur Erzeugung des Schutzgasgemisches werden die einzelnen Bestandteile bei relativ niedrigem Druck (0,8 bis 1,5 bar) durch mengenmäßig abgestimmte Zufuhr in einen Behälter eingefüllt, aus dem das Gasgemisch entnommen und der Schmelzenoberfläche zugeführt wird.
  • Bei den heute bekannten Geräten führt die Art des Mischvorgangs in der Regel zu Schichtung bzw. es kann nicht sichergestellt werden, dass es dazu nicht kommt. Schichtenbildung kann auch auftreten, wenn das Gas sich nicht richtig vermischt hat und dann sich durch Schwerkrafteinfluss absetzt. Ein homogenes Gemisch wird nicht gebildet. Bei der Gasentnahme haben dabei die so entstehenden Konzentrationsschwankungen Einfluss auf die Inert-Wirkung. Zu niedrige Inertgas-Konzentration führt zum Brennen; zu hohe Konzentration zu Korrosionsverhalten am Schmelzen-Ofen und an der Gießeinheit sowie zu unnötig hoher schadhafter Emission.
  • Die Zufuhr des Gasgemisches in den Ofen erfolgt über eine oder mehrere Einlassöffnungen mit möglichst niedrigem Strömungswiderstand, wobei die zu dosierende Menge über den Volumenstrom eingestellt wird. Sind mehrere Einlassöffnungen an einer Dosiervorrichtung angeschlossen, so ergeben sich starke Unterschiede in der Dosierung und zwar abhängig vom Abstandsmaß der Öffnungen.
  • Werden die Einlassöffnungen als Gruppe zusammengefasst und an verschiedenen Dosiergeräten angeschlossen, z.B. für einen oder für mehrere Öfen, so haben Veränderungen der Dosierung einer Einlassöffnung Einfluss auf die Dosierung an den anderen Einlassöffnungen. Die Einstellung wird in der Regel sehr schwierig. Dazu kommt, dass auf diese Weise auch lokale Über- bzw. Unterdosierungen im Ofen auftreten können. Es können im Ofenraum über der Schmelze Bereiche einer SF6-Anreicherung und Stellen der SF6-Verarmung auftreten, was als Konzentrationsschatten bezeichnet wird. Wird bei den bekannten Bauarten eine Änderung der Dosierung gewünscht, beispielsweise bei unterschiedlichen Betriebsarten wie Normalbetrieb, Reinigen, Notbetrieb, dann muss die Einstellung jeweils ermittelt und eingeregelt werden. In aufwendiger Weise muss dabei die Menge der Mischgase jeweils dem Betriebszustand angepasst werden.
  • In der Offenlegungsschrift WO 99/02287 A1 ist eine Schutzgaseinrichtung für eine Druckgussmaschine zur Verarbeitung von Magnesium-Schmelzen offenbart, die eine Trockenluft- und SO2-Gasquelle, eine an diese Gasquellen angekoppelte Mischeinheit mit je einem Durchflussregler für die beiden Schutzgase und einer Steuereinheit zur Überwachung und Einregelung der Zusammensetzung und Zufuhrmenge des Gasgemischs umfasst. Hinter den Durchflussreglern vereinigen sich die beiden Gaszufuhrleitungen zu einer weiterführenden Gasgemischleitung, in der sich die beiden Gase vermischen und von der das Gasgemisch in einen oder mehrere Schmelzöfen eingeleitet wird, wobei in letzterem Fall zugehörige Zweigleitungen mit Durchflussmesser- und Ventilelementen zur Aufteilung des Schutzgasgemischs auf die einzelnen Schmelzöfen vorgesehen sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzgaseinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass eine einfache und rückwirkungsfreie Schutzgasbeaufschlagung der Schmelzen erreicht wird und die vorher erwähnten Probleme vermieden sind.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Schutzgaseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • In Ausgestaltung der Erfindung kann der Dosiervorgang kontinuierlich oder diskontinuierlich, also pulsierend erfolgen. Im letzteren Fall, also bei intermittierender Beaufschlagung der Einlassdüse, können auch kleine Mengen gesteuert dosiert werden, ohne die Gefahr einzugehen, dass dann wegen zu geringen Druckes keine Strahlaufweitung, d.h. keine "Verdüsung" mehr stattfindet. Bekanntlich benötigt eine Anordnung, mit der "verdüst" werden soll, zwei Vorraussetzungen, nämlich zum einen einen gewissen Druck und zum anderen auch ein gewisses Volumen, durch das sich ein Staudruck von der Düse einstellt. Wird das Volumen derart gering, dass dieser Staudruck nicht gehalten werden kann, wäre auch der Verdüsungseffekt weg. Aus diesem Grund kann die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung intermittierend, also pulsierend, das Gas stellen und so im Mittel die Begasungsmenge weiter reduzieren, obwohl das System in der Begasungsart noch funktioniert. Eine mechanische Anpassung der Düsen selbst an diese Geringstmengen-Dosierung ist damit nicht notwendig.
  • Durch diese Ausgestaltung wird eine schnelle und gleichmäßige Verteilung über der Schmelze erreicht, so dass keine Konzentrationsschatten oder Anreicherungen von Schutzgas auftreten. In Weiterbildung der Erfindung werden dabei die Einlassdüsen am Schmelzofen so verteilt angeordnet, dass eine Gasströmung zu den ohnehin vorhandenen Leckstellen des Ofens entsteht, so dass auf diese Weise eine gleichmäßige Konzentrationsverteilung gewährleistet ist. Unter "Leckstellen" sollen hier sämtliche gewollten und ungewollten Öffnungen des Ofens, wie z.B. Chargieröffnungen, Reinigungsöffnungen und tatsächlich undichte Stellen verstanden werden. Die Einlassdüsen werden auch so angeordnet, dass sie vor einer Verschmutzung oder Verstopfung geschützt sind.
  • Der Betriebsdruck der Dosiereinrichtung, der konstant gehalten wird, ist auf die Art der Einlassdüsen abgestimmt und damit auch auf das gewünschte Verteilungsprinzip des Gasgemisches im Ofen. Zu diesem Zweck ist es natürlich vorteilhaft, wenn der Eingangsdruck an der Dosiereinheit, d.h. also der Druck im Druckspeicher ebenfalls überwacht wird, so dass der Betriebsdruck für die Dosiereinrichtung eingehalten werden kann. Fällt der Druck aus irgend einem Grund ab, so kann über entsprechende Signale, die auch optische Anzeigen auslösen, die Dosiereinheit auf Notbegasung geschaltet werden und den Gasauslass öffnen.
  • Durch die Regelung des Betriebsdruckes ist die Dosierung, also die gewünschte Gasmenge, völlig unabhängig von anderen Verbrauchern an der gleichen Gasmischeinheit. Rückwirkungsfrei können so über mehrere Dosiereinheiten verschiedene Gruppen von Einlassdüsen betrieben werden. Ein Verstellen der Menge an einer Gruppe von Einlassdüsen wirkt sich nicht auf die Menge der anderen Gruppe aus und hat auch keinen Einfluss auf die Gemischbildung, d.h. auf die Konzentration des Schutzgases.
  • Auf diese Weise können in Ausgestaltung der Erfindung mehrere Dosiereinrichtungen auch für verschiedene Ofen parallel zueinander geschaltet und vom Druckspeicher versorgt werden. Jede Dosiereinheit kann dabei mit einer Einrichtung zur Einstellung der Dosiermenge versehen sein, wobei in einfacher Weise jeder Dosiereinheit ein Betriebsartentaster zugeordnet wird, über den die Bedienungsperson die Dosiermenge bestimmen kann. Jede Dosiereinheit kann außerdem in Weiterbildung der Erfindung mit einer Steuerlogik versehen werden, die Signale über den Ofenstatus erhält. Auf diese Weise kann auch eine automatische Regelung der Schutzgaskonzentration erreicht werden.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist dem Druckspeicher eine Mischeinrichtung mit einer Mischkammer vorgeschaltet, in der die die Schutzgasmischung bildenden Gase unter Druck zusammengeführt werden. Der Systemdruck dieser Mischeinrichtung kann dabei auf den Betriebsdruck der Dosiereinrichtungen abgestimmt werden. Der Systemdruck der Mischeinrichtung muss ausreichend höher als der Betriebsdruck der Dosiereinrichtungen gewählt werden.
  • In Ausgestaltung der Erfindung können auch an der Mischkammer Druckdüsen für die Zufuhr der Mischgase angeordnet sein, wobei den Zuführleitungen zur Mischkammer jeweils Druckregelungseinrichtungen zugeordnet werden und auch Druckregler zur Aufrechterhaltung gleichen Druckes zur Erzielung einer Gleichdruckregelung zwischen Trägergas und Schutzgas vorgesehen sein können.
  • Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass die Mischgase, d.h. die Bestandteile des Schutzgases unter turbulenter Strömung im eingestellten Mischungsverhältnis in der Mischkammer gebildet werden und dann dem Druckbehälter zugeführt werden. Das Mischen der Gase funktioniert ohne jeden elektrischen Energieaufwand. Auch bei Stromausfall kann daher so lange exakt das Gemisch erzeugt werden, wie ausreichend Mischgase vorhanden sind. Die Konzentration wird dabei nicht verändert. Auch das System Mischeinrichtung und Dosiereinrichtung, ist somit in der Lage, auch bei Stromausfall die Konzentration exakt zu halten. Nur die Dosiermenge geht auf fest eingestellte kontinuierlich dosierte Notbegasungsmengen zurück. Der Notbetrieb kann in stromlosen Zustand gefahren werden, was durch Signaleinrichtungen natürlich angezeigt wird.
  • Eine Mischeinrichtung mit einem Druckspeicher kann, wie bereits erwähnt, mehrere Dosiereinheiten versorgen, die entweder verschiedene Einlassdüsengruppen an einem Ofen beaufschlagen oder auch mehrere Schmelzöfen, deren Dosiermengen unabhängig sind. Die Veränderung des Betriebszustandes an einem Schmelzofen und damit notwendige Änderungen seiner Dosierung, haben dabei keinen Einfluss auf die anderen Schmelzöfen.
  • Wie vorher schon erwähnt, wird der Druck im Druckspeicher überwacht und zu diesem Zweck kann beispielsweise in der Verbindungsleitung zwischen Mischkammer und Druckspeicher eine Drucküberwachungseinrichtung vorgesehen sein.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung schließlich kann der Mischkammer ein Gasanalysegerät zugeordnet werden, mit dem die Konzentration des Gasgemisches kontrollierbar ist. Dieses Gasanalysegerät kann in einfacher Weise das Gasgemisch der Mischkammer mit einem Referenzgasgemisch vergleichen und bei Abweichungen ein Signal an die Mischeinrichtung abgeben, über das die Zufuhr der Mischgase gesteuert werden kann.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Blockbilddarstellung einer erfindungsgemäßen Schutzgaseinrichtung,
    Fig. 2
    die schaltbildartige Darstellung der in der Schutzgaseinrichtung der Fig. 1 verwendeten Mischeinrichtung,
    Fig. 3
    die schaltbildartige Darstellung einer Dosiereinrichtung aus Fig. 1,
    Fig. 4
    einen schematischen Längsschnitt durch den Schmelzofen der Fig. 1,
    Fig. 5
    die Draufsicht auf den Schmelzofen der Fig. 4 und
    Fig.6
    schließlich eine vergrößerte Darstellung einer der für die Schutzgasbeaufschlagung vorgesehenen Einlassdüsen aus den Fig. 4 bzw. 5.
  • Die Fig. 1 lässt strichpunktförmig umrahmt einen Schmelzofen 1 erkennen, dessen Schmelzbad mit Schutzgas abgedeckt werden soll. Dieser Schmelzofen 1 ist im einzelnen aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich und wird dort näher erläutert. Die zur Beaufschlagung des Schmelzofens 1 mit Schutzgas vorgesehene Gasmisch- und Dosiereinheit besteht zunächst aus einer Gasmischeinheit 2, deren Aufbau anhand von Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Gasmischeinheit wird zum einen das verwendete Schutzgas, d.h. also SF6 oder SO2 im Sinn des Pfeiles 3 zugeführt, sowie ein Trägergas, beispielsweise Stickstoff N2 im Sinn des Pfeiles 4. Die Vermischung dieser beiden Bestandteile erfolgt unter Druck, wie noch im einzelnen anhand von Fig. 2 erläutert werden wird. Das so gebildete Schutzgasgemisch wird dann innerhalb der Gasmischeinheit in einem Druckspeicher gehalten, von dem aus Schutzgas über die Verbindungsleitung 5 und 6 zu Dosiereinrichtungen 7 und 7a weitergeführt wird. Der Aufbau dieser Dosiereinrichtungen ist aus Fig. 3 erkennbar. Weitere Dosiereinrichtungen können an die weiterführende Leitung 6' angeschlossen werden. Aus den Dosiereinrichtungen 7 bzw. 7a wird das Schutzgas über die Anschlussleitungen 8 und 8a zu Einlassdüsen 9 bzw. 9a geführt und tritt dort in den Raum des Schmelzofens 1 oberhalb der Schmelze ein. Dies wird im einzelnen anhand der Fig. 4 und 5 beschrieben.
  • Fig. 2 zeigt, dass das Schutzgas, also beispielsweise SF6 durch den Anschluss 3 und Trägergas z.B. N2 durch den Anschluss 4 in die Mischeinrichtung 2 gegeben wird, wobei beide Mischgase jeweils über einen Filter 10 in die Leitungen 11 und 12 gelangen. Von einer zentralen Überwachungslogik 13 aus wird dabei eine Eingangsdrucküberwachung 14 vorgenommen und der Druck in diesen Eingangsleitungen 11 und 12 jeweils durch entsprechende Manometeranordnungen 15 angezeigt. Mit einer pneumatischen Gleichdruckregelung 16 wird dafür gesorgt, dass der Druck in den beiden Zuführleitungen 11 und 12 der zugeführten Mischgase jeweils gleich hoch ist. Die Gase werden dabei unter einem Druck von mindestens 5 bar gehalten.
  • Die Konzentrationseinstellung des durch die Leitung 11 geführten Schutzgases erfolgt an der Stelle 17. In der parallelen Zuleitung 12 des Trägergases befindet sich eine entsprechende Drosselstelle 18 und beide Druckleitungen 11 und 12 werden zu einer Mischkammer 19 geführt, in der die beiden Gase jeweils aus Düsen 20 unter Druck austreten und sich in der dadurch entstehenden turbulenten Strömung zu einem homogenen Gemisch führen lassen. Dieses homogene Gasgemisch wird dann einem Druckspeicher 21 über die Leitung 22 geführt, deren Druck über eine Ausgangsdrucküberwachung 23 der Überwachungslogik 13 kontrolliert und wiederum über ein Manometer 15 angezeigt wird. Im Druckspeicher 21 wird somit ein homogenes Mischgas abhängig vom Eingangsdruck (hier 4 - 5 bar) gespeichert, das dann über die weiterführende Leitung 5 zu einer oder mehreren Dosiereinrichtungen 7 geleitet werden kann.
  • Die Fig. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel die Dosiereinrichtung 7 der Fig.1, der das Mischgas unter Druck durch die Leitung 5 zugeführt wird. Auch hier wird ein Filter 10 einer weiterführenden Leitung 24 vorgeschaltet, deren Druck über die Einrichtung 25 und eine zentrale Dosierlogik und Überwachungseinrichtung 26 überwacht und ebenfalls zentral über die Einrichtungen 27 und 28 und die zentrale Steuerung 29 auf einen bestimmten Betriebsdruck eingeregelt wird, der etwa in der Größenordnung von 1,8 bis 3,0 bar liegt. Dieser Druck kann über ein Manometer 10 sichtbar gemacht werden. Von der Leitung 24 aus zweigen beim Ausführungsbeispiel 3 Leitungen 30, 31 und 32 ab, die wahlweise zur Weiterführung des Gasgemisches zur Austrittsleitung 8 geschaltet werden können und jeweils eine unterschiedliche Menge des Gases ausströmen lassen. In der zentralen Dosierlogik 26 ist eine Einrichtung 33 zur Bestimmung der jeweiligen Betriebsart, d.h. zur Bestimmung der Dosierung vorgesehen, wobei bei einer praktischen Ausführungsform verschiedene Taster vorgesehen sein können, die von der Bedienungsperson betätigbar sind. Diese Tasten sind durch die Pfeile 34 symbolisiert.
  • Die zentrale Dosierlogik ist außerdem noch mit Signaleingängen 35 von der Druckgussmaschine und vom Schmelzofen 1 her versehen und entsprechende Signalausgänge zum Ofen und zu der Druckgussmaschine sind mit den Pfeilen 36 angedeutet. Die zentrale Dosierlogik weist schließlich auch eine Einrichtung 37 zur Signalisierung des Betriebszustandes und zur Anzeige eventueller Störungen auf. Die Austrittsleitung 8 ist beim Ausführungsbeispiel mit einer optischen Anzeigevorrichtung 38 zur Anzeige des Durchflusses versehen.
  • Die Fig. 4 und 5 lassen nun zunächst deutlich werden, dass der im Ausführungsbeispiel gezeigte Schmelzofen 1 eine Entnahmekammer 39 und eine Speicherkammer 40 besitzt, die durch eine Wand 41 voneinander getrennt sind. In beiden Kammern befindet sich Schmelze bis zum Niveau 42 und der Raum 43 und 43a oberhalb des Schmelzenspiegels wird mit dem Schutzgasgemisch beaufschlagt. In der Entnahmekammer 39 befindet sich in bekannter Weise - es handelt sich um Warmkammerdruckgießmaschine - die Schmelzenentnahmeeinrichtung 44. Die Druckleitungen 8 und 8a, die das Schutzgasgemisch jeweils zu Einlassdüsen 9 bzw. 9a führen, sind hier (Druckleitung 8) der Entnahmekammer 39 und (Druckleitung 8a) der Schmelzenkammer 40 zugeordnet. Die Einlassdüsen 9 für die Entnahme, sind, wie Fig. 5 zeigt, vor der Schmelzenentnahmeeinrichtung 44 so angeordnet, dass das unter Druck austretende und sich erweiternde Gasgemisch in einer Strömung um die Schmelzenentnahmeeinrichtung 44 herum zu der über der Entnahmekammer 39 angeordneten Reinigungsöffnung 45 strömt, die insofern eine unvermeidlich Leckstelle im Raum 43 bildet. Durch die Anordnung der Druckdüsen und der geometrischen Verteilung dieser Düsen 9, die der Geometrie der Entnahmekammer angepasst ist, wird eine gleichmäßige Strömung im Raum 43 erreicht, durch die Konzentrationsschatten oder örtliche Überkonzentrationen des Schutzgases vermieden werden können.
  • Gleiches gilt für die Speicherkammer 40, deren über dem Schmelzenniveau 42 liegender Raum 43a durch die Druckdüsen 9a beaufschlagt wird, die hier in größerem Abstand zueinander seitlich im Raum 43a auf der Seite angeordnet sind, die der Reinigungs- und Chargierröffnung 46 gegenüberliegt. Auch auf diese Weise wird, wie durch die Pfeile 47 jeweils angedeutet ist, eine gleichmäßige Strömung im Raum 43a erreicht, welche zusammen mit der gewählten Druckbeaufschlagung durch die Einlassdüsen 9, 9a zu einer gleichmäßigen Schutzgaskonzentration oberhalb des Schmelzenspiegels sorgt.
  • Die Fig. 6 zeigt beispielhaft eine dieser Druckeinlassdüsen 9, die mit einem Schraubgewinde 48 zum Ansetzen an entsprechende Druckleitungen und mit einer Drossel 49 bzw. mit einer Blende versehen ist, hinter der das unter Druck ausströmende Gas eine Strahlaufweitung erfährt, die zu einer turbulenten und für eine gleichmäßige Verteilung sorgende Verwischung in den Räumen 43 und 43a sorgt.
  • Natürlich ist eine Schutzgasbeaufschlagung nach der Erfindung auch bei Öfen anderer Art möglich, beispielsweise bei Einkammeröfen oder bei Öfen, die nicht für Warmkammer-Druckgiessmaschinen verwendet werden.

Claims (18)

  1. Schutzgaseinrichtung für eine Druckgussmaschine, die einen Schmelzofen (1) beinhaltet, insbesondere zur Verarbeitung von Magnesium-Schmelzen, mit
    - Öffnungen im Schmelzofen zur Zufuhr von Schutzgasen,
    - verschiedenen Gasquellen,
    - einem den Gasquellen nachgeschalteten Behälter (21) zur Aufnahme einer Mischung einzelner der Schutzgase und
    - mindestens einer Dosiereinrichtung (7, 7a), die über eine Verbindungsleitung (5, 6) an den Behälter angeschlossen ist und über Anschlussleitungen (8, 8a) mit den Öffnungen des Schmelzofens in Verbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Behälter ein Druckspeicher (21) ist,
    - die Öffnungen des Schmelzofens (1) jeweils mit einer Einlassdüse (9, 9a) versehen sind, die eine Blende oder Drossel (49) aufweist, und
    - die Dosiereinrichtung (7) Mittel zur Einregelung eines Betriebsdrucks, für das den Einlassdüsen vom Druckspeicher zugeführte Schutzgasgemisch aufweist, der gleich oder kleiner als der Druck im Druckspeicher ist und eine Strahlaufweitung des aus der Blende oder Drossel der jeweiligen Einlassdüse ausströmenden Gases bewirkt.
  2. Schutzgaseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Zufuhr des Schutzgasgemischs zu den Einlassdüsen eingerichtet ist.
  3. Schutzgaseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassdüsen (9, 9a) am Schmelzofen (1) verteilt angeordnet sind.
  4. Schutzgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassdüsen (9, 9a) am Schmelzofen (1) zur Erzeugung einer Gasströmung zu leckgefährdeten Stellen (45, 46) des Schmelzofens (1)positioniert sind.
  5. Schutzgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassdüsen (9, 9a) gegen ein verschmutzendes oder verstopfendes Benetzen durch Schmelze geschützt angeordnet sind.
  6. Schutzgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsdruckeinregelungsmittel zur Abstimmung des Betriebsdrucks auf die Art der Einlassdüsen (9, 9a) eingerichtet sind.
  7. Schutzgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsdruckeinregelungsmittel dafür eingerichtet sind, bei Abweichungen vom gewünschten Betriebsdruck eine Signaleinrichtung (37) zu aktivieren.
  8. Schutzgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Dosiereinrichtungen für verschiedene Abschnitte (39, 40) des Schmelzofens oder für verschiedene Schmelzöfen parallel zueinander geschaltet und vom Druckspeicher (21) versorgt sind.
  9. Schutzgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dosiereinrichtung (7, 7a) mit einer Einrichtung (33, 34) zur Einstellung der Dosiermenge versehen ist.
  10. Schutzgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dosiereinrichtung ein Betriebsartentaster (34) für die Bestimmung der Dosiermenge zugeordnet ist.
  11. Schutzgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dosiereinrichtung (7, 7a) mit einer Steuerlogik (26) versehen ist, die Statussignale (35) bezüglich des Schmelzofens empfängt.
  12. Schutzgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Druckspeicher (21) eine Mischeinrichtung (2) mit einer Mischkammer (19) zum Zusammenführen der das Schutzgasgemisch bildenden Schutzgase unter Druck zugeordnet ist.
  13. Schutzgaseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Mischkammer (19) Druckdüsen (20) für die Zufuhr der zu mischenden Schutzgase angeordnet sind.
  14. Schutzgaseinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Zuführleitungen (11, 12) zur Mischkammer (19) zugeordnete Druckregelungseinrichtungen (14, 16) vorgesehen sind.
  15. Schutzgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Zuführleitungen (11, 12) zur Mischkammer (19) eine Druckregeleinrichtung (16) zur Aufrechterhaltung gleichen Druckes zugeordnet ist.
  16. Schutzgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verbindungsleitung (22) zwischen Mischkammer (19) und Druckspeicher (21) eine Einrichtung (23) zur Überwachung des Druckes vorgesehen ist.
  17. Schutzgaseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkammer (19) ein Gasanalysegerät zur Kontrolle der Konzentration des Gasgemisches zugeordnet ist.
  18. Schutzgaseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasanalysegerät dafür eingerichtet ist, das Gasgemisch der Mischkammer (19) mit einem Referenzgemisch zu vergleichen und bei Abweichungen ein Signal an die Mischeinrichtung (2) abzugeben.
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