NO147408B - Hoeyeffektorer for vannfartoey. - Google Patents

Description

Apparat for dosering og overføring av smeltet metall.

Denne oppfinnelse angår et apparat for

dosering og overføring eller pumping av smeltet metall, f. eks. til injeksjonsrommet i en kaldkammermaskin for sprøytestøping.

Oppfinnelsen er basert på innsuging av

smeltet metall gjennom en åpen ventil som er i berøring med det metall som skal over-føres, inn i et kammer ved å frembringe et redusert trykk i kammeret, lukning av ventilen, og utføring av metallet fra kammeret til et avløpsrør ved å frembringe et trykk i kammeret. Det blir tatt sikte på å tilsikre positiv regulering av avleveringen av metallet ved å åpne og lukke en annen ventil som kommuniserer med avløpsrøret på en slik måte at begge ventiler ikke er lukket på samme tid.

Dette medfører en enkel og pålitelig

metode for nøyaktig å avlevere forutbestemte mengder av smeltet metall. Dessuten vil dette muliggjøre at utløps- eller avlever-ingsrøret holdes i det vesentlige fylt med smeltet metall til enhver tid. Dette er sær-lig fordelaktig når det skal overføres lett oksyderbare metaller med lav spesifikk

vekt, som f. eks. magnesium, aluminium eller legeringer av disse, for å unngå bren-ning eller dannelsen av fast oksyd.

Oppfinnelsen skaffer følgelig et apparat for dosering og overføring av smeltede metaller som angitt ovenfor, og apparatet ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved kombinasjon av en stempelpumpe, en dobbelt ventilanordning, et rør som forbinder pumpen med ventilanordningen, et utløps-rør som er festet til ventilanordningen, og drivanordninger for pumpen og ventilanordningen, hvilken stempelpumpe har en åpning for avlevering av smeltet metall, hvilken ventilanordning har to ventilhoder som er montert slik at det ene befinner seg over det annet og på linje med dette på en enkelt ventilstang og i samvirke med adskilte ventilseter som er montert i et enkelt ventilhus, hvor den ene ende av ventilhuset er åpen og den annen ende er lukket, og den ene ende av det nevnte rør er festet til åpningen i pumpen og den annen ende av røret til en åpning i sideveggen i ventilhuset mellom de to ventiler, hvilket utløps-rør er festet til ventilhuset nær dettes lukkede ende og mellom lukkedelen og den nærmest liggende ventil, samt hvor drivanordningen driver pumpen og ventilanordningen i samvirke etter en forutbestemt tidssyklus slik at den ventil som er nærmest den lukkede ende, både kan åpnes og lukkes under pumpens kompresjonsslag.

Oppfinnelsen skaffer således et billig apparat for overføring av smeltede metaller. I tillegg til dette kan apparatet ifølge oppfinnelsen lett demonteres for rensing og kontroll. Videre tillater apparatet ifølge oppfinnelsen reduksjon av tidsforsinkelsen mellom igangsettelse av pumpen og den virkelige avlevering av det smeltede metall til et minimum. Figurene viser flere utførelsesformer for pumpe- og ventilanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 er et vertikalsnitt som viser en utførelsesform for en doseringspumpe og en ventilanordning for smeltet metall iføl-ge foreliggende oppfinnelse anbrakt i en digel med smeltet metall. Fig. 2 er et skjematisk snitt gjennom stempelpumpen og den dobbelte ventil i an-ordningen på fig. 1. Fig. 3 er et detaljert vertikalsnitt av stempelpumpen på fig. 1. Fig. 4 er et oppriss av sylinderen i stempelpumpen på fig. 1. Fig. 5 er et detaljert vertikalsnitt av den dobbelte ventilanordning på fig. 1. Fig. 6 er et utsnitt av et vertikalsnitt av ventilen på fig. 5 og viser en annen ut-førelsesform for ventilen og ventilsetet.

Doseringspumpen og ventilanordningen for smeltet metall som er vist på fig. 1, omfatter i kombinasjon en stempelpumpe 10 som gjennom et rør 11 er forbundet med en dobbelt ventilanordning 12. Den dobbelte ventilanordning 12 har et utløpsrør 13 for å føre smeltet metall, f. eks. til ladningsrommet 14 i en sprøytestøpemaskin (ikke vist).

Pumpen 10 og ventilanordningen 12 blir fastholdt uavhengig av hverandre i en digel med smeltet metall 15 ved hjelp av støtter 16 resp. 17. Pumpen 10 og ventilanordningen 12 er hver for seg drevet gjennom atskilte åk eller rammer 18 og 19 som forbinder disse med luftdrevne, frem- og tilbakegående stempeldrivanordninger 20 og 21. Disse drivanordninger kan lett brin-ges til å arbeide i en styrt, samlet tidssyklus ved hjelp av synkroniserte, konvensjonelle, trinnvise tidsstyreanordninger (ikke vist).

Stempelpumpen 10 har, som vist på fig. 3 og 4, en hul, sylindrisk ytre mantel 22 med en åpen ende 23 og en lukket ende 24. Rø-ret 11 er festet ved en åpning 25 i sideveggen på sylinderen 22 nær den lukkede ende 24 og besørger en direkte forbindelse inn i det indre av den hule mantel 22. Eventuelt kan åpningen 25 være plassert ved den lukkede ende 24 av sylinderen. To spaltelignen-de åpninger 26, en på hver av de motståen-de sider av sylinderen 22, strekker seg oppad et lite stykke fra den åpne ende 23 fra sylinderen 22. Støttene 16 er også sveiset fast på utsiden av sylinderen 22 og strekker seg oppad fra denne. Stemplet 27 glir fritt inne i den hule sylinder 22. En stempelpinne 28 med gjenger 29 er ført diametralt gjennom stemplet 27 nær bunnen 30. En bøssing 31 er plassert på pinnen 28 på hver side av den ytre vegg 32 av stemplet 27 og nær denne vegg. Bøs-singen 31 har en slik diameter at den fritt kan gli i spaltene 26 i sylinderen 22, og er vanligvis noe tykkere enn sylinderveggen.

Et annet sett bøssinger 33 er plassert på pinnen 28 nær hver av bøssingene 31. Det er anordnet opprettstående sidearmer 34 montert på hver ytre bøssing 33 ved hjelp av hull 35 ved den ene ende av armene. Disse armer 34 blir holdt på plass ved hjelp av muttere 36, som er anbrakt på gjengene 29 på pinnen 28. En tverrstang 37 med gjenger 38 på begge ender er ført gjennom åpninger 39 i sidearmene 34 nær den motsatte en-de av den som er festet til stempelpinnen 28.

Låsemuttere 40 fastholder disse armer 34 i en forutbestemt stilling hvorved de holder stemplets ytre vegg 32 parallell med den indre vegg 41 på pumpesylinderen 22. En stang 42 som er sveiset fast på tverr-stangen 37 midt mellom sidearmene 34 strekker seg oppad og er forbundet med den frem- og tilbakegående, luftdrevne stempeldrivanordning (ikke vist), som på sin side er forbundet med en tidsstyreanordning. Eventuelt kan pumpestemplet f. eks. være forbundet med den frem- og tilbake<g>ående drivanordning ved hjelp av en U-bolt med den ene arm fast forbundet med drivanordningen og den annen arm forbundet med den indre flate av stempelhodet ved hjelp av en fleksibel kobling. Andre midler for kobling av stemplet og drivanordningen kan imidlertid også anvendes.

Klaringen mellom den ytre vegg 32 på stemplet 27 og den indre vegg 41 på sylinderen 22 må være stor nok til å forhindre fastklemning av disse deler når metallets viskositet forandrer seg med temperatur-variasjoner, men klaringen må også være liten nok til å unngå for stor lekkasje av smeltet metall. Vanligvis vil denne klaring ligge i området fra 0.5 til 2.5 mm (0.02 til 0.10") regnet som diametral klaring. Under virkelig drift med sprøytestøpelegeringer på magnesimumbasis er en klaring på 0.9 mm (0.035") funnet å være meget tilfredsstillende med en stempeldiameter på 150 mm (6").

Lengden av stemplets slag er ikke kritisk, men kan varieres innen grensene for det effektive sylindervolum for å gi en ladning av smeltet metall med forutbestemt mengde, hvilken mengde kan varieres for støpning av deler av forskjellige størrelser.

Ventilanordningen, som er vist på fig. 5, består av et hult, sylindrisk ventilhus 43 og et dobbelt ventillegeme 44. Ventilhuset 43 har et ventilsete 45 ved den ene ende og et annet ventilsete 46 nær den annen ende. På den ene side av ventilhuset 43 er det anordnet en åpning 47 til hvilken det er kob-let et rør 11. På ventilhuset 43 og over ventilsetet 46 er det en åpning 48 til hvilken det er festet et utløpsrør 13.

Plasseringen av åpningen 47 er ikke kritisk, bortsett fra at det må være mellom ventilsetene 45 og 46. Denne åpning 47 kan passende være plassert på et slikt sted at når pumpen 10 og ventilanordningen 12 er innbyrdes forbundet med røret 11, kan hele enheten neddykkes i digelen med smeltet metall 15 (fig. 1). Dette sikrer jevn tempe-raturregulering av pumpe/ventilsystemet uten å måtte gripe til ytre oppvarmnings-midler.

Den dobbelte ventil 44 består av en ventilstang 49 med gjengede endepartier 50, 51 med redusert diameter. Et ventilhode 52 med en sentral gjennomgående passasje eller et hull 53 med en diameter som gir plass for den gjengede ende 50 av stangen 49, blir anbrakt på denne stang, slik at dets fremre ende 54 støter mot en brystning 55 på stangen 49. Ventilhodet 52 blir holdt på plass ved hjelp av en mutter 56.

Den gjengede ende 51 av ventilstangen 49 blir innsatt gjennom ventilsetet 45 og opp gjennom ventilsetet 46. Ventilhodet 57 blir montert på den gjengede stangseksjon 51, slik at dets fremre ende 58 støter mot brystningen 59 på stangen 49. Ventilhooet 57 blir holdt på plass av mutteren 60. Lengden av ventilstangen 49 mellom brystnin-gene 59 og 55 er så stor at når den ene ventil er lukket, er det åpent for metallstrøm-ning gjennom den annen ventil. I den viste utførelsesform er ventilhodene 52 og 57 for-met som avkortede kjegler og er boltet fast på ventilstangen. Disse hoder kan imidlertid ha forskjellige former, dvs. ventilhodet kan ha en rund form 61 (fig. 6) og kan svei-ses fast, presses på eller på annen måte festes til ventilstangen 49.

Ventilhuset 43 er lukket med et topp-stykke 62 for å danne en eneste del. Topp-stykket 62 er sveiset fast på ventilhuset 43 i denne utførelsesform. Eventuelt kan det festes ved hjelp av andre midler, som f. eks. gjenger, bolter og muttere, klemmer eller ved hjelp av presning for å tilveiebringe en forholdsvis trykktett kapsling.

Den gjengede ende 50 av ventilstangen er skrudd inn i mutteren 63 som er festet på den nedre tverrstang 64 av rammen 19. Denne ramme 19 er ved hjelp av en stang 65 som er sveiset på den øvre tverrstang 66, festet til en luftdreven, frem-og tilbakegående stempeldrivanordning (ikke vist) som arbeider i en forutbestemt tidssyklus.

Ventilhodene 52 og 57 og krumningen av ventilsetene 45 og 46 må være store nok til å forhindre fastkiling av disse deler ved gjensidig anlegg. Denne vinkel er fortrinnsvis i det minste omkring 15°, målt fra leng-deaksen for ventilstangen til den koniske overflate. For de ventiler hvor ventilhodet er buet og ventilsetet er konisk (fig. 6), passer det samme krav til vinkelforholdene.

Lengden av ventilhuset 43 må vær til-strekkelig til å muliggjøre både den oppadgående bevegelse av den dobbelte ventil 44 i det lukkede ventilhus 43 og til å gi plass for åpningen 48 over ventilsetet 46.

Hvis det ønskes, kan den dobbelte ventilanordning fremstilles ved å bruke atskilte, uavhengige ventiler og ventilseter iste-denfor den viste anordning med en enkelt ventilstang. Oppdeling av ventilene til atskilte enheter vil imidlertid øke mengden av drivmekanismer likesom det ville kreve styresystemer av større kompleksitet. I alle tilfelle må ventilene være anordnet slik at begge åpninger ikke kan være lukket på samme tid.

Ventilen blir fortrinnsvis drevet ved hjelp av positivt virkende mekaniske midler i motsetning til bevegelse ved hjelp av tyngdekraft eller fjærkraft. Dette er ønske-lig av to grunner; (1) Under drift må tids-relasjonen mellom pumpestemplets bevegelse og ventilbevegelsen være nøyaktig styrt og (2) vanlige fjærpåvirkede stoppeventiler gir vanligvis ikke positiv avstengning med smeltede metaller som oxyderer så lett som magnesium og aluminium. Som ovenfor angitt, kan passende både ventilanordningen og pumpen drives ved hjelp av en automatisk tidsstyreanordning for derved å tilsikre nøyaktig styring av apparatet og automatisk avlevering av reproduserbare og kon-stante forutbestemte metallmengder til ladningsrommet.

Vanligvis er pumpen og ventilanordningen forbundet og plassert i en smelte-digel slik at den åpne ende av pumpen ven-der mot bunenn av digelen og med ventilene vertikalt. Anbringelse av enheten på denne måte hjelper til å forhindre fastklemning av de bevegelige deler under drift. Videre blir metallet trukket inn i enheten

fra et sted godt under overflaten av smeiten

under det nedadgående slag av stempelpumpen og holder derved omrøringen av smelteoverflaten på et minimum.

Plasseringen av pumpe/ventilenheten i smeltedigelen for metall er ikke kritisk, så lenge innløpsventilen, dvs. ventilsetet 45 og ventilhodet 52 i den viste utførelsesform, er under overflaten av smeiten. Tilleggs-oppvarmning av apparatet kan imidlertid sløyfes hvis både pumpen og ventilen er neddykket i smeiten. Hellningsvinkelen for røret 11 som forbinder pumpen med ventilanordningen, er ikke kritisk eller begrens-ende, men er fortrinnsvis slik at toppen av ventilen ligger på omkring samme høyde som toppen av pumpesylinderen for derved å lette anbringelse av enheten under me-talloverflaten i en grunn digel. Videre fore-trekkes det å heve enheten noe i forhold til bunnen av smeltedigelen langt nok til å forhindre (1) omrøring av mulig bunnfall som kan være tilstede ved bunnen og (2) slagpåvirkning på digelen på grunn av stemplet eller ventilens ramme.

Ventilen og pumpens stempel kan ma-nøvreres eller drives ved hjelp av mange forskjellige innretninger som frembringer en passende lineær frem- og tilbakegående bevegelse. Den viste luftdrevne anordning er en foretrukken måte da denne kan drives på en enkel, lett og nøyaktig styrt samt sikker måte. Pumpen og ventilanordningen kan passende drives ved hjelp av en inter-valltidsstyreanordning, hvor styringen av enhetene blir utført automatisk og i hen-hold til et nøyaktig styrt enhetlig eller samlet program. Likeledes kan det brukes ventiler som i konstruksjon og utformning at-skiller seg fra dem som er beskrevet.

Størrelsen av metalldosen eller ladnin-gen som avleveres, kan reguleres meget nøyaktig med pumpen og ventilanordningen ifølge den viste utførelsesform. Større forandringer i metallvolumet som avleveres, kan gjøres ved å endre størrelsen av pumpen. Mindre forandringer i volumet kan avstedkommes ved å justere lengden av stemplets slag. Ved det direkte luftdrevne rammearrangement som er vist, blir dette gjort ved å justere slaget av stemplet i luft-sylinderen. Meget små og nøyaktige forandringer i volumet kan gjøres ved å justere tidsstyringen av ventilmanøvreringen og/ eller ved å innstille stempelhastigheten.

De konstruksjonsmaterialer som anvendes for pumpen og ventilanordningen, er slike som har den nødvendige styrke, temperaturstabilitet og motstandsdyktighet mot erosjon og korrosjon for å holde seg i nærvær av det smeltede metall som skal overføres. Med magnesium, dvs. magnesium og legeringer basert på magnesium inne-holdende i det minste 70 vektsprosent magnesium, er kromstål, som f. eks. rustfritt stål type 430, vanligvis tilfredsstillende for alle overflater som berører det smeltede metall. Smeltet aluminium, dvs. aluminium og legeringer på aluminiumbasis innehol-dende i det minste omkring 70 vektsprosent aluminium, kan lett overføres ved hjelp av apparatet ifølge oppfinnelsen når dette er fremstilt av stål med et ildfast belegg på de overflater som berører smeltet metall, slik som det vanligvis blir praktisert i alu-miniumindustrien. For å overføre aluminium blir apparatets arbeidende overflater fortrinnsvis belagt med eller fremstilt av titandiborid, zirconiumdiborid eller et annet konstruksjonsmateriale som ikke reagerer med smeltet aluminium.

Enten ventilhodets overflate eller ven-tilsetets overflate på ventillegemene eller begge kan forsynes med et belegg av «Stellite Nr. 1», for å gi disse flater en høy motstandsdyktighet overfor deformasjon ved støt.

Arbeidsmåten for denne utførelsesform av apparatet er som følger: Enheten blir anbrakt i en digel med smeltet metall, slik at i det minste den åpne ende av ventilanordningen er under smelteoverflaten. Ved begynnelsen av en gitt syklus blir den nedre ventil åpnet, og den øvre ventil lukket, idet stemplet befinner seg ved toppen av et slag, slik som vist skjematisk ved fig. 2. Den sam-lede tidsstyreanordning og drivmekanisme blir igangsatt for å bevege pumpestemplet nedad for derved å trekke smeltet metall gjennom den åpne ventil og opp gjennom forbindelsesrøret inntil pumpesylinderen er tilnærmet fylt med en forutbestemt metallmengde når stemplet kommer til bunnstil-lingen i dets slag. Når det er behov for metall i ladningsrommet i en sprøytestøpema-skin, begynner stemplet sitt oppadgående slag og utøver derved et trykk på metallet i pumpesylinderen. Den nedre ventil i ventilanordningen blir holdt åpen av tidsstyre-anordningen inntil det har funnet sted en positiv forskyvning av stemplet for derved å sikre at det opprettholdes en viss trykk-høyde i metallet i utløpsrøret, som kan være over overflaten av metallsmelten. Når den første oppadgående bevegelse av pumpestemplet begynner, blir ventillegemet om-stilt og lukker derved den nedre ventil, dvs. innløpsåpningen for metall, og åpner den øvre ventil, dvs. utløpsåpningen for metall. Ventilvekslingen blir utført så raskt som mulig, dvs. i løpet av et sekund eller mindre, mens pumpestemplet beveger seg med en forholdsvis lav hastighet, f. eks. 50 mm (2") pr. sekund. Den oppadgående bevegelse av stemplet presser metallet gjennom den åpne øvre ventil og utløpsrøret. Når den ønskede metallmengde er blitt overført og mens pumpestemplet fremdeles er i sitt oppadgående slag, blir den øvre ventil lukket og åpner derved på nytt den nedre ventil eller innløpsåpningen. Denne regulerte tidlige veksling av ventestillingen opprett-holder en metalltrykkhøyde i utløpsåpnin-gen. Hvis den øvre ventil ble holdt åpen inntil stemplet virkelig stoppet ved toppen av dets slag, ville smeltet metall unnslippe fra det ringformede rom mellom pumpestemplet og sylinderen. Når stemplet kommer til toppen av sitt slag, blir det ført nedad og metaildoserings- og overføringssyklu-sen blir repetert. Hver syklus kan startes manuelt når en sprøytestøpemaskin er klar for et nytt skudd eller for en ny ladning, eller den kan startes automatisk med eg-nede sikringsanordninger for å forhindre for tidlig, for sen eller dobbelt metallav-levering.

Når ventilene er i en slik stilling at ventilhodet 57 er åpent i forhold til ventilsetet 46, blir det utøvet et positivt trykk av pumpen på metallet i avleveringsrøret. Ved a lukke denne ventil forut for det tidspunkt da pumpebevegelsen blir reversert etter overføringen av en forutbestemt metallmengde inn i ladningsrommet, forblir av-leveringsrøret i det vesentlige fylt av metall under pumpens nedadgående slag, dvs. under inntaksdelen av syklusen.

Anvendeligheten av den foreliggende enhet for dosering og overføring ble de-monstrert ved overføring av en smeltet magnesiumlegering (nominell sammenset-ning 9 pst. aluminium, 0.7 pst. sink, 0.15 pst. mangan og resten magnesium) fra en opp-bevaringsdigel til ladningsrommet i en sprøytestøpemaskin.

I dette tilfelle ble en pumpe av samme konstruksjon som beskrevet ovenfor, laget av rustfritt stål type 430. Denne pumpe hadde et stempel med ytre diameter 150 mm (6") og en klaring på omkring 0.9 mm (0.035") mellom stemplet og den indre sy-lindervegg. Den ble forbundet med en dobbelt ventilanordning ved hjelp av en kort lengde av et rør med indre diameter 32 mm (114"). Ventilanordningen var også fremstilt av rustfritt stål type 430, og ventilhodene var forsynt med et belegg av «Stellite nr. 1». Pumpens ramme var slik justert at stemplet utførte et slag på 150 mm (6"), og ventilens slag var innstilt til å være omkring 50 mm (2").

Denne lengden av ventilslaget gav en ringformet åpning mellom ventilsetet og ventilstangen på omkring 1.5 ganger tverr-snittsarealet av forbindelsesrøret. Et av-leveringsrør med noe større tverrsnitt enn forbindelsesrøret ble festet til ventilen for avlevering av den doserte mengde metall til sprøytestøpemaskinens ladningsrom. Stang- og rammeenhetene i både pumpen og den dobbelte ventil ble begge drevet av et uavhengig luftdrevet frem- og tilbakegående stempelapparat som hvert ble styrt ved hjelp av en atskilt elektrisk drevet in-tervalltidsstyremekanisme. Pumpen og ventilanordningen ble begge neddykket i digelen med smeltet legering. Pumpen ble anbrakt slik at den åpne ende av sylinderen vendte mot bunnen av digelen, og ventilen var anordnet vertikal i digelen, slik som vist på fig. 1. Under kontinuerlig drift under en periode på to uker overførte denne enhet på driftssikker måte reproduserbart 2.7 kg (6 pund) av legeringen fra digelen til sprøytemaskinens ladningsrom. Ingen fast-kiemning av pumpen eller ventilens deler fant sted under driften. Videre forløp driften jevnt og i det vesentlige uten at det ble bemerket omrøring i det smeltede metall i digelen.

Doserings- og avleveringsapparatur med lignende utformning og med arbeids-flater belagt med titandiborid eller andre konstruksjonsmaterialer som ikke reagerer med smeltet aluminium, kan brukes med aluminium og aluminiumlegeringer.

Claims (1)

1. Apparat for dosering og overføring av smeltede metaller, f. eks. til injeksjonsrommet i en kaldkammermaskin for sprøyte-støpning, karakterisert ved kombinasjon av en stempelpumpe (10), en dobbelt ventilanordning (12), et rør (11) som forbinder pumpen (10) med ventilanordningen (12), et utløpsrør (13) som er festet til ventilanordningen, og drivanordninger (20, 21). for pumpen og ventilanordningen, hvilken stempelpumpe har en åpning (25) for avlevering av smeltet metall, hvilken ventilanordning har to ventilhoder (52, 57) som er montert slik at det ene befinner seg over det annet og på linje med dette på en enkelt ventilstang (49) og i samvirke med adskilte ventilseter (45, 46) som er montert i et enkelt ventilhus (43), hvor den ene en-de av ventilhuset er åpen og den annen en-de er lukket, og den ene ende av det nevnte rør (11) er festet til åpningen (25) i pumpen (10) og den annen ende av røret (11) til en åpning (47) i sideveggen i ventilhuset (43) mellom de to ventiler, hvilket ut-løpsrør (13) er festet til ventilhuset (43) nær dettes lukkede ende og mellom lukkedelen og den nærmest liggende ventil, samt hvor drivanordningene (20, 21) driver pumpen og ventilanordningen i samvirke etter en forutbestemt tidssyklus slik at den ventil som er nærmest den lukkede ende, både kan åpnes og lukkes under pumpens kompresjonsslag.