EP2140956B1

EP2140956B1 - Eingussvorrichtung für Metallschmelzen

Info

Publication number: EP2140956B1
Application number: EP20090164471
Authority: EP
Inventors: Thorsten Reuther; Hartmut Hofmann
Original assignee: hofmann CERAMIC GmbH
Current assignee: hofmann CERAMIC GmbH
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: EP2140956A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Eingussvorrichtung für Metallschmelzen.
Gemäß dem Stand der Technik werden große Gussteile beispielsweise für Windenergieanlagen derart eingeformt, dass das flüssige Metall durch einen oder mehrere Filter oder Filtersysteme zugeführt wird.
Bei den großen Gussteilen handelt es sich um Gussteile, die von einer bis beispielsweise 70 Tonnen Gewicht aufweisen können.
Die Schlacke ist leichter als Metall, das heißt, Metall hat eine deutlich größere Dichte als Schlacke.
Zum Stand der Technik ( FR 338 645 A ) gehört eine Eingussvorrichtung für Metallschmelzen, die wenigstens eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist. In der Eingussvorrichtung ist ein Fließweg für die Metallschmelze ausgebildet. Bei dieser zum Stand der Technik gehörenden Eingussvorrichtung durchfließt die Metallschmelze mehrere Kammern, wobei nachfolgende Kammern immer kleiner ausgebildet sind als vorherige Kammern, damit das Material durch die nachfolgenden Kammern schneller hindurchfließt.
Weiterhin gehört zum Stand der Technik ( EP 0 276 453 ) eine Vorrichtung zum Gießen von metallischen Schmelzen, die in einem Gießkanal für eine Metallschmelze angeordnet wird. Die Metallschmelze fließt durch einen Filterkörper.
Zum Stand der Technik ( US PS 4,372,542 ) gehört darüber hinaus eine Vorrichtung zur Behandlung einer Metallschmelze. Diese Vorrichtung sieht eine Wanne zur Aufnahme der Metallschmelze vor. In dieser Wanne wird die Metallschmelze durch einen vorgegebenen Fließweg geleitet und mehrfach durch Bunsenbrenner erhitzt, um eine entsprechende Schmelztemperatur zu erhalten.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, eine Eingussvorrichtung anzugeben, mit der eine Strömungsbeeinflussung optimiert wird, in der darüber hinaus in sehr hohem Maße Schlacke abgesondert wird und die zusätzlich Turbulenzen der Schmelze bei der Formfüllung vermeidet.
Dieses technische Problem wird durch eine Eingussvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Eingussvorrichtung für Metallschmelzen mit wenigstens einer Einlassöffnung und wenigstens einer Auslassöffnung, bei der zwischen der wenigstens einen Einlassöffnung und der wenigstens einen Auslassöffnung wenigstens ein Fließweg für die Metallschmelze ausgebildet ist und der Fließweg mittels wenigstens eines Steges wenigstens einmal um wenigstens 90° umgelenkt ausgebildet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Eingussvorrichtung Querschnittsbereiche aufweist und dass nachfolgende Querschnittsbereiche jeweils einen größeren Querschnitt als vorhergehende Querschnittsbereiche aufweisen.
Gemäß der Erfindung weist die erfindungsgemäße Eingussvorrichtung wenigstens eine Querschnittsänderung im Fließweg der Metallschmelze auf. Durch die Querschnittsvergrößerung wird die Strömungsgeschwindigkeit deutlich verlangsamt. Das bedeutet, dass sich die Schlacke absetzen kann. Die erfindungsgemäße Eingussvorrichtung wirkt in diesem Falle als Strömungsregulator.
Durch die Strömungsregulation erhält man eine Filtrationswirkung. Zusätzlich können Keramikfilter vorgesehen sein, und zwar jede Art von handelsüblichen Keramikfiltern.
Durch die Umlenkung des Fließweges wenigstens einmal um wenigstens 90° wird erreicht, dass Turbulenzen bei der Formfüllung vermieden werden. Darüber hinaus wird die Strömung optimal beeinflusst. Zusätzlich wird Schlacke besonders gut abgesondert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Fließweg wenigstens einmal um 180° umgelenkt.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, andere Winkelbereiche vorzusehen.
Gemäß der Erfindung wird eine Eingussvorrichtung für Metallschmelzen angegeben, welche einen oder mehrere Zuläufe (Einlassöffnungen) und einen oder mehrere Abläufe (Auslassöffnungen) aufweisen kann, und bei der die Metallschmelze in ihrer Flussrichtung in der Eingussvorrichtung wenigstens einmal um 180° umgelenkt wird, bevor sie ausgeleitet wird. Vorteilhaft sind wenigstens zwei Umlenkungen von jeweils 180° vorgesehen. Es besteht jedoch die Möglichkeit, bis zu sieben oder acht Umlenkungen oder sogar noch mehr Umlenkungen vorzusehen. Die Umlenkungen können jedoch auch andere Winkelbereiche als 180° aufweisen, beispielsweise 120°, 150° oder dergleichen.
Vorteilhaft ist der wenigstens einen Einlassöffnung ein Einlassbereich nachgeordnet, und der Einlassbereich weist einen größeren Querschnitt auf als die wenigstens eine Einlassöffnung.
Wesentlich ist die Durchschnittsvergrößerung im Einlassbereich der Eingussvorrichtung. Vorteilhaft sind die nachfolgenden Querschnittsänderungen von Querschnittsbereichen in der Eingussvorrichtung ebenfalls derart ausgebildet, dass sich die Querschnitte der Querschnittsbereiche jeweils zum vorhergehenden Querschnittsbereich vergrößern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Einlassbereich der Eingussvorrichtung im Querschnitt größer ausgebildet als die Einlassöffnung.
Die nachfolgenden Querschnittsbereiche in dem Fließweg sind vorteilhaft jeweils erweitert zu den vorhergehenden Querschnittsbereichen ausgebildet. Vorteilhaft sind die Querschnitte in Richtung Auslassöffnung jeweils gegenüber den vorhergehenden Querschnittsbereichen vergrößert.
Hierdurch erhält man eine optimale Strömungsregulation in der Eingussvorrichtung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist eine Innenwandung der Eingussvorrichtung Unebenheiten auf. Durch die Unebenheiten kann die Schlacke oder können nicht metallische Einschlüsse besser an der Eingussvorrichtung anhaften und werden nach Absetzen an der Innenwandung nicht von der durchfließenden Schmelze mitgerissen.
In der erfindungsgemäßen Eingussvorrichtung können vorteilhaft Filter angeordnet sein. Die Eingussvorrichtung kann jedoch auch ohne Filter ausgebildet sein.
Werden Filter eingesetzt, können vorteilhaft poröse Keramikfilter eingesetzt werden. An oder vor diesen Keramikfiltern setzt sich die Schlacke fest. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, andere handelsübliche Filter einzusetzen beziehungsweise andersartige Strömungsbremsen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Fließweg der Eingussvorrichtung wenigstens teilweise mit Polystyrol gefüllt ausgebildet. Zum einen dient die Polystyrolfüllung dazu, dass beim Transport des Filters zum Einsatzort kein Schmutz in den Filter gelangen kann.
Zum anderen verbrennt das Polystyrol bei Einleiten der Schmelze in die Eingussvorrichtung. Durch den Gasdruck beim Verbrennen erfolgt ein Abbremsen der Schmelze, was sich wiederum vorteilhaft auf die Strömungsgeschwindigkeit auswirkt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in der wenigstens einen Einlassöffnung oder einen Auslassöffnung wenigstens ein Reduzierstück angeordnet ist. Hierdurch wird der Durchmesser der Öffnungen variabel an die Eingussrohre angepasst.
Das Vermeiden von Turbulenzen ist vorteilhaft, da durch Turbulenzen eine Reoxidation des Eisens in der Schmelze stattfindet. Das Magnesium, welches in der Schmelze vorhanden ist, reagiert mit dem Luftsauerstoff. Durch die Reoxidation des Eisens entwickelt sich Dross (Schlacke).
Vorteilhaft ist die Vorrichtung aus verschiedenen Bauteilen zusammengesetzt, so dass sie relativ einfach aufgebaut werden kann.
Die Vorrichtung kann aus Schamotte, Feuerfestmasse, Stampfmasse, Kernsand und/oder Formsand gebildet sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nur beispielhaft dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine Eingussvor- richtung;
Fig. 2: eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1;
Fig. 3: ein geändertes Ausführungsbeispiel im Längs- schnitt.
Fig. 4: ein geändertes Ausführungsbeispiel im Längs- schnitt.

Fig. 1 zeigt eine Eingussvorrichtung 1 mit einem Einlass 2 und einer Einlassöffnung 31 und Auslässen 3, 4 mit Auslassöffnungen 32 zum Ein- und Ausleiten einer Metallschmelze (nicht dargestellt). In der Eingussvorrichtung 1 ist ein Fließweg 27 vorgegeben. Hierzu sind Ringstege 33 vorgesehen.
Ein dem Einlass 2 nachgeordneter Einlassbereich 5 weist einen deutlich vergrößerten Querschnitt gegenüber dem Einlass 2 auf, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der Metallschmelze verlangsamt wird. In Bereichen 6, 7 wird die Metallschmelze um 180° umgelenkt. Weitere Umlenkungen um jeweils 180° erfolgen in Bereichen 8, 9; 10, 11.
Die nachfolgenden Querschnittsbereiche 34, 35, 36 weisen jeweils einen größeren Querschnitt auf als der vorhergehende Bereich, das heißt, der Querschnittsbereich 35 weist einen größeren Querschnitt als der Querschnittsbereich 34 und der Querschnittsbereich 36 weist einen größeren Querschnitt als der Querschnittsbereich 35 auf.
Durch die Verlangsamung der Strömung der Metallschmelze im Bereich 5 und in den nachfolgenden Querschnittsbereichen 34, 35, 36 setzt sich Schlacke aufgrund des Dichteunterschiedes im oberen Bereich der Eingussvorrichtung 1 ab.
Zur zusätzlichen Filterung der Metallschmelze sind Keramikfilter 13, 14, 15, 16 vorgesehen.
Die Filter 13, 14, 15, 16 sind optional. Die Filter 13, 14, 15, 16 müssen nicht unbedingt vorgesehen sein.
Vorteilhaft wird das Gussmaterial (Metallschmelze) zumindest einmal umgelenkt. Besonders vorteilhaft sind jedoch zwei bis vier 180°-Umlenkungen vorgesehen, bevor das Material ausgeleitet wird.
Gemäß Fig. 1 sind drei 180°-Umlenkungen vorgesehen.
Gemäß Fig. 2 ist die Eingussvorrichtung 1 als runde Vorrichtung mit acht Auslässen 3, 4; 17, 18, 19 ausgebildet, wobei nur fünf Auslässe dargestellt sind. Die Auslässe 3, 4; 17, 18, 19 können symmetrisch wie auch asymmetrisch angeordnet sein. Es kann auch eine beliebige Anzahl von Auslässen und Einlässen vorgesehen sein.
Gemäß Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Bei der in Fig. 3 dargestellten Eingussvorrichtung 1 sind in den Auslässen 3, 4 keine Filter vorgesehen.
Die Eingussvorrichtungen 1 gemäß den Fig. 1 und 3 bestehen aus Schamottebauteilen 20 bis 23, die lediglich in Fig. 3 mit Bezugszahlen versehen sind. Die Eingussvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 ist ebenso aus einzelnen Schamottebauteilen aufgebaut, die zusammengesetzt die Eingussvorrichtung 1 bilden. Beim Aufbau kann ausgewählt werden, ob und an welchen Stellen Filter vorgesehen werden. Schlackeaufnahmefilter 38 halten die Schlacke zurück.
Fig. 4 zeigt eine Eingussvorrichtung 1 mit einer Einlassöffnung 2 sowie zwei Auslässen 3, 4. Ein Einlassbereich 5 weist einen gegenüber dem Einlass 2 vergrößerten Querschnitt auf.
Der Einlass 2 weist einen Querschnitt A1 (Ringöffnung) auf. Dem Einlassbereich nachgeordnet sind in einem Fließweg 27 vergrößerte Querschnitte A2, A3. Der Querschnitt A4 ist größer als der Querschnitt A3 und der Querschnitt A3 ist größer als der Querschnitt A2. Der Querschnitt A2 ist größer als der Querschnitt A1. Das Verhältnis des Querschnittes A4 zu A1 ist ungefähr gleich 19.
Die Auslässe 3, 4 weisen die gleichen Querschnitte auf wie der Einlass 2.
An einer Innenwandung 28 einer Deckenplatte 37 der Eingussvorrichtung 1 sind Unebenheiten 29 ausgebildet, damit sich die Schlacke an der Innenwandung 28 der Eingussvorrichtung festsetzen kann.
Darüber hinaus sind Bohrungen 30 zur Entlüftung der Eingussvorrichtung 1 vorgesehen.
In der Einlassöffnung 31 des Einlasses 2 und den Auslassöffnungen 32 der Auslässe 3, 4 können Reduzierungsmöglichkeiten (Reduzierstücke (nicht dargestellt)) vorgesehen sein, um eine Anpassung auf verschiedene Rohrdurchmesser vorzunehmen. Die Öffnungen 31 können im Auslieferungszustand der Eingussvorrichtung mit Klebeband (nicht dargestellt) verschlossen sein, damit sich während des Transportes kein Schmutz in der Eingussvorrichtung absetzt. Der Fließweg 27 kann auch wenigstens teilweise mit Polystyrol (nicht dargestellt) ausgefüllt sein.

Bezugszahlen

1: Eingussvorrichtung
2: Einlass
3: Auslass
4: Auslass
5: Einlassbereich
6 bis 11: Umlenkungsbereiche
12: Boden
13 bis 16: Filter
17: Auslass
18: Auslass
19: Auslass
20 bis 23: Schamottebauteile
27: Fließweg
28: Innenwandung der Eingussvorrichtung 1
29: Unebenheiten
30: Bohrungen
31: Einlassöffnung
32: Auslassöffnungen
33: Ringstege
34 bis 36: Querschnittsbereiche
37: Deckenplatte
38: Schlackeaufnahmefilter
A1: Querschnitt (Ringöffnung)
A2: Querschnitt (Ringöffnung)
A3: Querschnitt (Ringöffnung)
A4: Querschnitt (Ringöffnung)

Claims

Eingussvorrichtung für Metallschmelzen mit wenigstens einer Einlassöffnung und wenigstens einer Auslassöffnung für die Metallschmelze, wobei in der Eingussvorrichtung (1) zwischen der wenigstens einen Einlassöffnung (31) und der wenigstens einen Auslassöffnung (32) wenigstens ein Fließweg (27) für die Metallschmelze ausgebildet ist, und bei der der Fließweg (27) mittels wenigstens eines Steges (33) wenigstens einmal um wenigstens 90° umgelenkt ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Eingussvorrichtung (1) Querschnittsbereiche (34, 35, 36) aufweist und dass nachfolgende Querschnittsbereiche , jeweils einen größeren Querschnitt (A2, A3, A4) als vorhergehende Querschnittsbereiche aufweisen.
Eingussvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließweg (27) wenigstens einmal um 180° umgelenkt ausgebildet ist.
Eingussvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens einen Einlassöffnung (31) nachgeordnet ein Einlassbereich (5) in der Eingussvorrichtung (1) vorgesehen ist, und dass der wenigstens eine Einlassbereich (5) einen größeren Querschnitt aufweist als die Einlassöffnung (31).
Eingussvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Innenwandung (28) der Eingussvorrichtung (1) Unebenheiten (29) aufweist.
Eingussvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fließweg (27) der Eingussvorrichtung (1) mit Polystyrol wenigstens teilweise gefüllt ist.
Eingussvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fließweg (27) wenigstens ein Filter (13 bis 16) angeordnet ist.
Eingussvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Auslassöffnung (32) wenigstens ein Reduzierstück angeordnet ist.
Eingussvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingussvorrichtung (1) aus Schamottebauteilen (20 bis 23) zusammengesetzt ausgebildet ist.
Eingussvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingussvorrichtung (1) aus Feuerfestmasse, Stampfmasse, Kernsand und/oder Formsand gebildet ist.