LU83074A1 - Einrichtung zum vergiessen von metallschmelzen - Google Patents

Description

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Stopinc Aktiengesellschaft, Baar (Schweiz) Fall 3103 v

Einrichtung zum Vergiessen von Metallschmelzen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vergiessen abgemessener Mengen von Metallschmelzen gemäss dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Zum dosierten Vergiessen von Metallschmelzen, insbesondere von NE-Metall-, z.B. Aluminiumschmelzen sind Einrichtungen mit einem Warmhalte- oder Schmelzofen gebräuchlich, bei denen die Schmelze über ein schräges Steigrohr und einen üeberlauf an dessen oberem Ende aus der Ofenwanne gefördert wird. Es sind verschiedene Anordnungen, z.B. mit Druckgas-Förderung aus einem Druckgefäss, mit einem eintauchenden Verdrängungskörper, oder mit elektromagnetischer Förderung entlang dem Steigrohr bekannt. Dabei muss bei jedem Giesstakt eine grössere Schmelzemenge (verglichen mit dem Giessgewicht) in Bewegung gesetzt werden, was zu Schaukelbewegungen oder zum "Ueberschwappen" der Schmelze führt. Besonders bei rascher Taktfolge und kleinen Giessgewichten wird dadurch eine genaue Do-, sierung erschwert, und es werden sehr hohe Anforderungen an die Steuereinrichtung gestellt. Ausserdem kann nicht wirksam verhindert werden, dass auf der Schmelze schwimmende Verunreinigungen oder z.B. während Giesspausen sich bildende Oxide an der üeberlauf stelle mitgerissen werden und in die Giessform gelangen.

In noch vermehrtem Mass treten solche Schwierigkeiten bei kippbaren Oefen auf, mit denen - trotz aufwendiger Konstruktion - ein einigermassengenaues Dosieren nicht gelingt.

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Eine völlig andere Art des Abmessens von Schmelzemenge, wie sie z.B. zur Beschickung von Druckgiessmaschinen angewendet wird, besteht in der Verwendung von Schöpfeinrichtungen. Hierbei , dient ein an einem Schwenkarm befestigter Schöpflöffel sowohl zum Dosieren wie auch zum Transport der Schmelze aus der Ofenwanne zur Giessmaschine bzw. Giessform. Solche Schöpfeinrich-tungen sind allerdings mechanisch kompliziert und sperrig und » arbeiten mit recht langen Taktzeiten.

Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe besteht darin, mit geringem baulichem und regelungstechnischem Aufwand eine relativ genaue Mengenzuteilung direkt in die Giessform oder Giessmaschine, insbesondere auch für geringe Giessgewichte und rasche Taktfolgen zu erreichen, wie sie z.B. beim Formguss verlangt s werden.

|| Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Massnahmen nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Ein konstantes '

Schmelzeniveau - das sich mit relativ einfachen Mitteln realisieren lässt - bedeutet gleichbleibenden metallostatischen Druck an der Stelle des Auslaufes. Der aussen am Gefäss angebrachte Schiebeverschluss bietet dagegen Gewähr für zuverlässige, prä-- zise Oeffnungs- und Schliessfunktion ("Abscheren" des Auslaufka- | nais bzw. der Strömung) und definierte Strömungsverhältnisse in | ’ offener Stellung. Damit sind die wesentlichen Voraussetzungen geschaffen für ein Abmessen der Giessgewichte durch einfache » zeitliche Auf-Zu-Steuerung des Verschlusses, d.h. es kann normalerweise eine Füllstandsüberwachung an der Giessform oder eine Wägung entfallen. Ausserdem ist ein Vergiessen mit weniger Verunreinigung möglich, da der Abzug der Schmelze unterhalb der Badoberfläche und bei ruhigen Strömungsverhältnissen erfolgt.

Gemäss Ansprüchen 2 und 3 ist die Erfindung mit Vorteil bei einem Ofen mit elektrischer Widerstandsheizung oder auch einem solchen mit Beheizung durch einen Rinneninduktor anwendbar.

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Eine Bauart nach Anspruch 4 ermöglicht eine besonders zweckmässige Verbindung der Ofen- bzw. Giesseinrichtung mit einer Transporteinrichtung für die Giessformen oder auch mit Druckgussmaschinen.

Die Massnahme gemäss Anspruch 5 dagegen ergibt den grösst-möglichen metallostatischen Druck an der Stelle des Verschlusses, und in Verbindung mit einem Rinneninduktor ermöglicht sie die Entnahme der Schmelze direkt aus dem Induktorkanal .

Weitere vorteilhafte Erfindungsmerkmale und Varianten ergeben sich aus den Ansprüchen 6 bis 8 sowie aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Giesseinrichtung mit widerstandsbeheiztem Ofen mit seitlich daran angeordneter Giessrinne, und

Fig. 2 eine Giesseinrichtung mit Rinneninduktions-Ofen.

Die teilweise schematische Darstellung nach Fig. 1 zeigt einen Warmhalte- oder Schmelzofen 2, der im vorliegenden Fall mit einer im Ofenfutter eingebetteten elektrischen Wider-standsheizung 8 versehen ist. Die Ofenwanne ist durch Trennwände 3 unterteilt; auf der einen Seite befindet sich eine Beschickungskammer 4 und gegenüberliegend ist eine Giessrinne 6 seitlich am Ofen angebracht (gegebenenfalls können auch mehrere Giessrinnen 6 vorgesehen sein). Die Ofenwanne ist vorzugsweise mittels losen Deckeln 5 überdeckt, die jedoch keinen dichten Abschluss bilden, so dass das freie Schmelzeniveau 12 unter Atmosphärendruck steht.

- 6 - ί IAm Boden der Giessrinne 6 ist ein Schiebeverschluss 10 angebracht, der mit einem mechanischen Antrieb 17 versehen ist und über den Auslaufkanal 7 mit Schmelze beschickt wird; es [ kann sich um einen Linear- oder Drehschiebeverschluss von grundsätzlich bekannter Bauart handeln. Wie angedeutet, kann ί in der Umgebung des Auslaufkanals 7 eine zusätzliche oder verstärkte Beheizung vorgesehen sein, um das Einfrieren der Schmelze im Verschlussbereich zu verhindern. Selbstverständlich wird die Ofenheizung zweckmässigerweise mit einer Temperaturregelung (nicht dargestellt) betrieben, um die Temperatur der Schmelze konstant zu halten. Die Ausgussdüse 11 des Schiebeverschlusses 10 ist, wie an sich bekannt, vorzugsweise auswechselbar, damit wahlweise Düsen mit unterschiedlichem Bohrungsdurchmesser eingesetzt werden können. Unterhalb der | Giessrinne 6 bzw. der Ausgussdüse 11 ist eine Giessform 36 Ι angedeutet, die auf einer Fördereinrichtung 37, beispielsweise 1 einem Rollenbett, ruht. In analoger Weise können natürlich I auch andere Einrichtungen, wie Giessformen eines Giesskarussels, | ein umlaufendes Band für Masselguss oder auch die Giesskammer | einer Druckgussmaschine usw. oder auch mehrere solcher Einrich- I tungen unabhängig voneinander über mehrere Giessrinnen 6 und i | zugeordnete Schiebeverschlüsse 10 beschickt' werden.

! ' I Wesentlich ist, dass im Ofen 2 das freie Schmelzeniveau 12 mittels einer Regeleinrichtung konstant gehalten wird, so (dass unabhängig von der Schmelzeentnahme beim Vergiessen wie auch vom Nachfüllen von Schmelze (im Falle eines Wannhalte- i! * | Ofens) oder von Schmelz-gut (im Falle eines Schmelzofens) eine I gleichbleibende Niveauhöhe h über der Verschlussebene des * Schiebeverschlusses 10 aufrechterhalten wird. Eine geeignete I Niveau-Regeleinrichtung, wie sie in Fig. 1 als Beispiel dar- I gestellt ist, weist als Sollwertgeber eine Niveausonde 13 Ι auf, die an einen Regler 16 angeschlossen ist. Das Stellsignal 1 am Reglerausgang beaufschlagt einen Stellmotor 15, welcher die - 7 - Höhenlage eines in das Schmel2ebad eintauchenden Verdrängungskörpers 14 beeinflusst, um selbsttätig durch Veränderung der Eintauchtiefe das Schmelzeniveau 12 auf gleichbleibender Höhe zu halten. Natürlich kommen auch andere Regelanordnungen für diesen Zweck in Betracht, wie etwa das Verdrängen der Schmelze mittels Druckgas oder das dosierte Nachfördern von (im Ofen aufzuschmelzendem) Metall. Als Niveausonde kann gegebenenfalls ein einfacher Schwimmerschalter verwendet werden.

Indem dank der erwähnten Niveauregelung auch der metallostati-sche Druck am Schiebeverschluss 10 entsprechend der Höhe h konstant bleibt, können nun abgemessene Schmelzemengen durch einfache Steuerung der jeweiligen Oeffnungsdauer des Schiebeverschlusses 10 vergossen werden, wie mit der Zeitsteuereinrichtung 18 in Verbindung mit dem Verschlussantrieb 17 angedeutet ist. Bei gegebener Höhe des freien Schmelzeniveaus 12 und gleichbleibender Temperatur und Viskosität der Schmelze ist die Ausflussmenge pro Zeiteinheit praktisch durch den engsten Querschnitt innerhalb des Verschlusses gegeben, und dieser bestimmende Querschnitt lässt sich durch Wahl des Bohrungsdurchmes-sers in der (vorzugsweise auswechselbaren) Ausgussdüse 11 festlegen, sofern der Durchmesser des Kanals 7 und der Bohrungen in den Verschlussplatten innerhalb des Schiebeverschlusses 10 grösser gewählt werden. Indessen lässt sich der Durchfluss auch dadurch verändern, dass der Schiebeverschluss nur teilweise geöffnet wird (Drosselstellung), und auf dieselbe Weise kann, sofern erforderlich, auch der Giessverlauf während der Formfüllung verändert werden. Der jeweilige Giessbeginn lässt sich natürlich selbsttätig über die Zeitsteuerung 18 auslösen, z.B. in Abhängigkeit von der Stellung einer Giessform 36 oder der Taktfolge einer Druckgussmaschine.

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Wie leicht einzusehen ist, werden an die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Niveauregelung keine hohen Anforderungen gestellt ( einfache Nachlaufregelung), solange die abgemessenen Mengen im Vergleich zum Ofeninhalt klein sind. Bei der relativ grossen Schmelzeoberfläche (alle Bereiche des Ofens sind untereinander als kommunizierende Gefässe verbunden) ergeben sich dann nur geringe bzw. langsame Schwankungen des Niveaus ' 12, und es lässt sich ein ausgesprochen ruhiger, annähernd kon tinuierlicher Regelbetrieb aufrecht erhalten. Zu erwähnen ist ausserdem, dass entsprechend dem bekannten Ausflussgesetz die Durchflussmenge nicht proportional, sondern nur mit der Quadratwurzel der Niveauschwankungen veränderlich ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 findet ein Ofen 22 (Verwendung, welcher mittels einem Rinneninduktor 28 beheizt wird. Eine seitliche, durch eine Trennwand 23 abgeteilte Be- I schickungskammer 24 ist normalerweise mit einem Deckel 25 abgedeckt. Die Regeleinrichtung zur Konstanthaltung des freien Schmelzniveaus 32 kann wie beim Beispiel nach Fig. 1 oder gemäss einer der dort angegebenen Varianten ausgeführt sein;

Ider Einfachheit halber sind in Fig. 2 nur eine Niveausonde 33 und ein Verdrängungskörper 34 der Regeleinrichtung dargestellt.

Der Schiebeverschluss 30, dessen Ausgussdüse 31 wiederum mit Vorteil auswechselbar ist, ist hier am Grund der Ofénwanne 22 angebracht. Der Abzugskanal 27 geht im vorliegenden Fall vom * tiefsten Punkt in einer "Ecke" des Induktorkanals 26 aus. Er lässt sich gegebenenfalls mit der normalerweise vorhandenen Entleerungs- und Wartungsöffnung für den Induktorkanal kombinieren , da ohnehin der Schiebeverschluss 30 am Ofen 22 weg-nehmbar befestigt ist, wodurch die Kanäle 27 und 26 frei zugänglich sind.

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Bei der dargestellten Schmelzeentnahme direkt aus dem Induktorkanal kommt immer frisch aufgeheizte, gut durchmischte und von Verunreinigungen freie Schmelze zum Abguss, wobei die volle, im Ofen verfügbare Höhendifferenz h zur Auswirkung kommt. Die gleichen Vorteile ergeben sich auch, wenn gemäss einer (nicht dargestellten) Variante eine seitlich abstehende, geschlossene Giessrinne am Ofen 22 angebracht wird, welche in Fortsetzung des Induktorkanals 26 den « (verlängerten) Abzugskanal 27 aufnimmt und an deren Unterseite - ähnlich wie nach Fig. 1 - der Schiebeverschluss 30 befestigt wird.

Die vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschriebene Erfindung lässt sich m. t verschiedenen Ofenbauformen verwirklichen. Im Falle eines Warmhalteofens kann die Beschickung mit frischer Schmelze aus einem getrennten Schmelzaggregat erfolgen, oder der Ofen kann mit einer angebauten Schmelzkammer kombiniert sein, in welcher das Aufschmelzen mehr oder weniger kontinuierlich erfolgt. Die Erfindung lässt sich für jegliche Arten von Metallschmelzen und im besonderen zum Ver-giessen von Nichteisen-Metallen {Schwer- und Leichtmetalle) anwenden, wobei der ruhige Strömungsverlauf innerhalb des Ofens und der unterhalb der Badoberfläche erfolgende, schlacken-freie Abzug der Schmelze besondere Vorteile bietet.

Claims (8)

1. Einrichtung mit einem Warmhalte- oder Schmelzofen zum Ver-giessen abgemessener Mengen von Metall-, insbesondere Nichteisenmetallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (2,22) mit einer Regeleinrichtung (13-16,33,34) zur Aufrechterhaltung eines konstanten, freien Schmelzeniveaus (12,32) versehen ist und der Ofenraum unterhalb des freien Schmelzeniveaus einen mit einem unabhängig steuerbaren Schiebeverschluss (10,30) versehenen Auslauf (7,27) aufweist. i -I

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ii Ofen mit elektrischer Widerstandsheizung (8) im Ofenfutter. sj

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen j Ofen mit Beheizung mittels Rinnenind-:ktor (28). ΐ

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schiebeverschluss (10) am Boden E einer seitlich am Ofen (2) angeordneten Giessrinne (6) ange- » ?. bracht ist. 3

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- 3 ;| kennzeichnet, dass der Schiebeverschluss (30) am Grund der i s Ofenwanne (22) angebracht ist. \ i ! 3103 l 1 - 2 - »

6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schiebeverschluss (10,30) mit einer auswechselbaren Ausgussdüse (11,31) versehen ist.

7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zeitsteuerung (18) für den Schiebeverschluss. « 4

' 8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung für das Schmelzeniveau (12,32) eine Niveau-Sonde (13,33) und einen von einem Regler-Stellmotor (15) betätigten, in die Schmelze eintauchenden Verdrängungskörper (14,34) aufweist. \ \ \ * »