Die Erfindung betrifft einen offenen und geschlossenen Metallbehälter zum Warmhalten und
Schmelzen von Metallen sowie deren Flüssigmetalltransport der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 vorausgesetzten Art.
Zum Warmhalten und Schmelzen von Metallen kommen bewegliche und fest eingeformte Tiegel
zum Einsatz.
Bewegliche Tiegel bestehen beispielsweise aus Tongraphit, Siliciumcarbid, Gusseisen, Stahlguss
oder Stahlblech je nach warm zuhaltenden oder zu schmelzenden Gießwerkstoffen. Sie werden in
Warmhalte- oder Schmelzöfen eingesetzt. Die Beheizung kann durch elektrischen Widerstand,
Induktion oder Gas erfolgen. Hierbei findet die Wärmeübertragung auf das im Tiegel befindliche
flüssige oder feste Metall über den Ofenraum bzw. bei Induktion direkt durch die Tiegelwand
statt, was zu einem erheblichen Verschleiß durch thermische, mechanische und chemische Beanspruchung
der eingesetzten Tiegel führt. Auch ist insbesondere bei elektrischer Widerstands- oder
Gasbeheizung ein hoher Energieaufwand für die Aufheizung des Ofenraumes, des Tiegels als
auch durch die Wärmeverluste der Ofenfeuerfestauskleidung erforderlich. So zeigt beispielsweise
die DE 29 17 577 A1 einen hitzebeständigen Aufrangbehälter für Leckschmelze sowie diese
signalisierende Kontakte, die EP 0 895 490 B1 als auch die DE 198 02 342 C1 beschreiben einen
Tiegelofen für das Niederdruck-Gießverfahren bzw. zur Druckkammerbefüllung einer waage- und
senkrechten Kaltkammer-Druckgießmaschine.
Festeingeformte Tiegel bilden einen festen Bestandteil des Ofens. Sie bestehen meist aus einem
Schamottesteinen-Mauerwerk mit einer gestampften oder gegossenen Feuerfestauskleidung.
Wegen der Mauerwerkdicke erfolgt die Flüssigmetallbeheizung im Ofen über eine Induktionsrinne.
Von großem Nachteil ist hierbei, dass die Induktionsrinne insbesondere bei AluminiumLegierungen
je nach Metalldurchsatz schon nach ca...2 Wochen durch anklebende Oxide und
Nitride den Metalldurchfluss verschließen kann. Zum Offnen der Induktionsrinne muss meist der
Gießofen ausgetauscht, die Restschmelze entfernt und die Induktionsrinne mittels Presslufthammer
wieder geöffnet werden. Auch liegen die Ofenaußenmanteltemperaturen bei 70-100°C
und im Induktionsrinnenbereich bei bis zu 120°C. Dieses geschlossene Ofensystem wird hauptsächlich
für das Niederdruckgießverfahren eingesetzt.
Um diese bekannten Nachteile zu vermeiden hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt: Einen
offenen und geschlossenen Metallbehälter zum Warmhalten, Schmelzen und dem Flüssigmetalltransport
von Metallen aufzuzeigen, der nach den bisherigen Definitionen weder einen beweglichen
noch einen festen Tiegel besitzt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass der offene und geschlossene Metallbehälter durch
ein Gehäuse ausgebildet wird, in dessen Innenraum Wärmeisolationsstoffe einen offenen oder
geschlossenen Hohlraum ausbilden, der mit einem textilen Flächengebilde ausgekleidet ist und
der geschlossene Metallbehälter ein bewegliches Ofensteigrohr aufweist. Vorteilhafte Aus- und
Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteranspruche.
Der erfindungsgemäß gestaltete, offene und geschlossene Metallbehälter kann in der offenen
Ausführung als Warmhalte-, Schöpf- und Schmelzofen eingesetzt werden wobei die geschlossene
Ausführung als Warmhalteofen, Niederdruck-Gießofen, Niederdruck-Metallförderofen und als
Flüssigmetall-Transportbehälter einsetzbar ist.
Der erfindungsgemäße offene und geschlossene Metallbehälter besitzt ein einteiliges, textiles
Flächengebilde, das den offenen und geschlossenen Hohlraum des Metallbehälters zur Aufnahme
des flüssigen oder festen Metalls als auch Ausgussrinnen und Deckflächen fugenlos auskleidet
und abdeckt. Dies wird erreicht durch die hohe Flexibilität des textilen Flächengebildes sowie
deren vielfältigen geometrischen und räumlichen Gestaltungsmöglichkeiten. Dabei kann das
einteilige, textile Flächengebilde ein- oder mehrlagig zur Auskleidung und Abdeckung von
Hohlräumen und Flächen eingesetzt werden. Über Beschichtungen der ein- oder mehrlagigen
Oberflächen des textilen Flächengebildes, je nach den Erfordernissen der zum Einsatz kommenden
flüssigen oder festen Metalle, können deren thermischen, chemischen sowie mechanischen
Eigenschaften zusätzlich gesteigert. werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist der die
Mantel- und Bodenfläche des textilen Flächengebildes umgebende Wärmeisolationsstoff als ein
fugenloses nach oben offenes Isolationsgehäuse ausgestaltet.
Zum Schutz vor chemischen als auch elektrischen Reaktionen sind die im flüssigen Metall
eingesetzten Heizelemente mit entsprechenden Schutzstoffen ummantelt. Die unter dem textilen
Flächengebilde angeordneten Heizelemente werden vor Flüssigmetall-Leckagen durch eine
dünne, auswechselbare Platte geschützt.
Das auf dem geschlossenen Metallbehälter befestigte, einteilige, bewegliche Ofensteigrohr wird
durch eine Buchse geführt und zentriert. Die mit dem Ofensteigrohr lösbar verbundene
Betätigungseinrichtung ermöglicht die Offnungs- und Schließvorgänge einer endlos fortlaufenden
Flüssigmetall-Befüllung metallischer und nichtmetallischer Gießformen als auch der Befüllung
von Druckkammern.
Zur Gewährleistung höchstmöglicher Sicherheit wird der geschlossene Metallbehälter für den
Flüssigmetalltransport zusätzlich von einem verschließbaren Einzel- oder Sammelcontainer
aufgenommen.
Verschleißfeste, flexible Materialien für das textile Flächengebilde nennt Anspruch 5, wobei der
Anspruch 7 wirkungsvolle Wärmeisolationsstoffe aufzeigt und der Anspruch 8 Schutzstoffe für
die im flüssigen Metall eingesetzten sowie der unter dem textilen Flächengebilde angeordneten
Heizelemente benennt. Diese, sowie weitere Vorteile werden auch aus der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Es zeigt:
- Fig.1
- einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen offenen Metallbehälter,
- Fig.2
- einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen geschlossenen Metallbehälter mit einem
beweglichen Ofensteigrohr,
- Fig.3
- einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen offenen Metallbehälter zum Schmelzen von
Metallen und
- Fig.4
- einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen geschlossenen Metallbehälter für den Flüssig-Metalltransport.
Der offene Metallbehälter 1a in Fig. 1 weist eine durch das textile Flächengebilde 4 ausgebildete
Offnung 12 auf, die zur Befüllung des Hohlraumes 11 mit flüssigen und festen Metallen als auch
zur Entnahme von Flüssigmetall für den Gießprozess dient. Die Beheizung zum Warmhalten und
Schmelzen von flüssigen und festen Metallen kann hierbei durch Heizelemente 6, 7, 8 oder
Induktion 9 erfolgen. Somit kann der offene Metallbehälter 1a als Warmhalte- Schöpf- und
Schmelzofen im Gießbetrieb eingesetzt werden.
Einen weiteren offenen Metallbehälter 1c zum Schmelzen von Metallen mit einer Ausgussrinne
13 für das flüssige Metall und einer induktiven Beheizung 10 wird in der Fig.3 aufgezeigt.
Der geschlossene Metallbehälter 1b in Fig.2 dessen Hohlraum 11 mit Flüssigmetall 18 befüllt ist,
weist einen gasdicht verschlossenen Ofendeckel 16 auf, der mit dessen wärmeisolierender Auskleidung
3c und der Flüssigmetalloberfläche einen Begasungsraum 17 ausbildet und das mit der
Betätigungseinrichtung 23 verbundene Ofensteigrohr 20 die senkrechten Offnungs- und Schließvorgänge
des Ofensteigrohres 20 mit der Gießform 22 gewährleistet. Über die auf dem Ofendeckel
16 befestigte Buchse 21 wird das bewegliche Ofensteigrohr 20 geführt und zentriert. Diese
vorteilhafte Ausbildung ermöglicht einen schnellen und einfachen Wechsel der im Gießbetrieb
eingesetzten Ofen. Die Beheizung des Flüssigmetalls kann hierbei durch Heizelemente 6,7,8 oder
Induktion 9 erfolgen. Somit kann der geschlossene Metallbehälter 1b als Niederdruck-Gießofen
oder Niederdruck-Metallförderofen zur Befüllung von Gießformen bzw. Druckkammern für den
Druckgießprozess sowie zum Warmhalten von Metallen im Gießbetrieb eingesetzt werden.
Ein weiterer geschlossener Metallbehälter 1d für den Flüssigmetalltransport in einem verschließbaren
Einzel- oder Sammelcontainer 28 zeigt Fig.4. Um das Schwappen des Flüssigmetalls
bei dessen Transport auszuschließen, ist der den Innenraum auskleidende Wärmeisolationsstoff 3f
des Transportbehälterdeckels 25 mit einem in das Flüssigmetall eintauchenden Kegel ausgeführt.
Der geschlossene Metallbehälter 1d kann direkt als Warmhalteofen zur Metallpufferung in den
Gießbetrieben als auch durch Ofendeckelwechsel oder deren Entfernung als Warmhalte-, Schöpf-,
Schmelzofen, Niederdruck-Gießofen und als Niederdruck-Metallförderofen eingesetzt werden,
wobei die Beheizung des Flüssigmetalls durch einbringbare Heizelemente 6,7 oder durch vorher
schon stationär installierte Heizelemente 8 bzw. Induktion 9 erfolgen kann.
Der erfindungsgemäße offene und geschlossene Metallbehälter 1a,1b,1c,1d ist in allen räumlichen
Formen herstellbar, dabei bildet der Außenmantel 2 den Innenraum aus, der über Wärmeisolationsstoffe
3,3a,3b,3c,3e,3f sowie dem textilen Flächengebilde 4 einen offenen und geschlossenen
Hohlraum 11 ausbildet, der das flüssige oder feste Metall zum Warmhalten bzw. Schmelzen
und zum Flüssigmetalltransport aufnimmt.
Die hohe Flexibilität und Reisfestigkeit des textilen Flächengebildes 4 ermöglicht die fugenlose
Auskleidung des Hohlraumes 11, der Ausgussrinne 13 sowie der Deckflächen 2',3',3a', wobei
Steckstifte 14 oder feste Stifte 15 das textile Flächengebilde 4 in seiner Lage fixieren. Da das
flüssige Metall aus dem offenen Metallbehälter 1a,1c oder den zu öffnenden Metallbehälter 1b,1d
entleert werden kann, ist der Wechsel des textilen Flächengebildes 4 kurzfristig durchführbar. Ein
weiterer Vorteil des textilen Flächengebildes 4 ist dessen Zusammenlegbarkeit und sein geringes
Gewicht das für deren Lagerhaltung und Transport erhebliche Vorteile bedeutet. Durch die hohe
thermische Stabilität des textilen Flachengebildes 4 sind Vorwärmzeiten oder langsame Aufheizzeiten
der offenen und geschlossenen Metallbehälter 1a,1b,1c,1d nicht erforderlich.
Zu einer zusätzlichen Reduzierung der Wärmeverluste durch Konvektion führt das aus den
Wärmeisolationsstoffen 3,3b fugenlos ausgestaltete nach oben offene Isolationsgehäuse, wobei
der Wärmeisolationsstoff 3 aus einem gießbaren Glasschaum besteht und der Wärmeisolationsstoff
3b aus einem mit hohen Gewichten belastbaren faserkeramischen Material. Dies und die
optimale Wärmedämmung des offenen und geschlossenen Metallbehälters 1a,1b,1c,1d ermöglichen
die Anordnung der Heizelemente 6,7,8 direkt im oder unmittelbar am Hohlraum 11, wobei
die Heizelemente 8 durch eine dünne auswechselbare Platte 3d vor Flüssigmetall-Leckage
geschützt sind. Durch diese direkte als auch indirekte Übertragung der Wärmeenergie zum
Warmhalten und Schmelzen von Metallen können Metallüberhitzungen mit deren nachteiligen
chemischen Reaktionen als auch einer erhöhten Gasaufnahme ausgeschlossen werden.
Um das Schwap pen des flüssigen Metalls bei dessen Transport auszuschließen, ist der Innenraum
des Deckels 25 des geschlossenen Metallbehälters 1d mit einem kegelförmigen in das Flüssigmetall
eintauchenden Wärmeisolationsstoff 3f ausgekleidet. Darauf hingewiesen werden soll
noch, dass konstruktive Details durchaus abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen
gestaltet sein können, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.