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1. WO1988004587 - ENTONNOIR DE COULEE POUR METAL EN FUSION

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[ DE ]
Giesstrichter für geschmolzene Metalle

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gi.essen von geschmolzenem Metall, umfassend einen Giesstrichter für geschmolzenes Metall und Transfervorrichtungen, verbunden mit diesem Giesstrichter, um das geschmolzene Metall von diesem Giesstrichter zu einer Giessstation zu bringen.

Bei der Anwendung eines Giesstrichters, um geschmolzenes Metall für einen Präzisionsguss , Sandguss oder auch bei anderen Giessverfahren, speziell durch die Gegenwart von Luft in nicht entlüfteten Giessanwendungen, können sich Probleme durch den Druckaufbau in der Giessform ergeben, insbesondere dann, wenn die Luft in der Giessform durch das einfliessende Metall eingeschlossen wird. Der Giessform-hohlraum hat eine beschränkte Kapazität und der Luft in der Giessform ist es nicht möglich, während des Giessens völlig zu entweichen.

Wenn es das System verunmöglicht , die in der Giessform eingeschlossene Luft während des Giessens entweichen zu lassen, führt der Druckaufbau im System zu einer Verkleinerung der Füllrate beim Füllen des Giessformhohlraumes. In den ungünstigsten Fällen wird beim Guss die Hohlform nicht vollständig gefüllt und es resultiert eine Fehlfüllung und Ausschussmaterial. In leichteren Fällen wird die Füllzeit verzögert, was auch zu Giessdefekten führen kann, wie Fal-ten, schlechte Füllung in Zonen mit feinen Details oder zu dünnen Abschnitten. Dies stellt ein Problem dar, das eine teure Nacharbeitung verursachen oder sogar zu einer totalen Unbrauchbarkeit des Stückes führen kann. Die schon reduzierte Fliessrate bei einem derartigen Druckaufbau ver-schlechtert sich noch mehr, wenn eine Einengung oder ein begrenztes Fliessgebiet, wie ein Filter, im System vorhanden ist, die beide die Bildung eines metallostatischen Ueberstandes und einen sich nicht entlüftenden Giesszustand verursachen. Filter oben genannter Art für geschmolzene Metalle, wie beispielsweise der bekannte keramische Schaumfilter, beschrieben in der US-PS 3 962 081, bieten markante Fortschritte im Entfernen von Festkörpern aus geschmolzenem Metall, so dass eine Eliminierung des Filters aus dem System keine befriedigende Lösung des anstehenden Problems darstellen kann.

Es ist deshalb ein Hauptgegenstand vorliegender Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es er δg-licht, geschmolzenes Metall zu filtrieren und das Problem des Druckaufbaues in der Giessform durch Luft, die vom ein-fliessenden Metall eingeschlossen wird, eliminert. Es ist ein weiterer Gegenstand vorliegender Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die wirkungsvoll arbei-tet, wenn eine Verengung des Fliessweges im System vorhanden ist. Ein weiterer Gegenstand vorliegender Erfindung ist es, eine Vorrichtung wie zuvor zur Verfügung zu stellen, die einfach, praktisch und rationell im kommerziellen Rahmen angewendet werden kann.

Die Vorrichtung umfasst einen Giesstrichter für geschmolzenes Metall, Transfervorrichtungen verbunden mit dem Giesstrichter, um das geschmolzene Metall vom Giesstrichter zur Giessstation zu bringen und ist gekennzeichnet, dass der Giesstrichter Entlüftungsvorrichtungen an der Verbin-dungssteile zwischen dem Giesstrichter und der Transfervorrichtung aufweist, um dem im System unterhalb des Giess-trichters eingeschlossenen Gas das Entweichen zu ermöglichen.

Es wurde gefunden, dass dadurch das Problem des Druckauf-baues, verursacht durch die im System eingeschlossenen Gase, in der Regel Luft, eliminiert wird. Durch die erfin-dungsgemässe einfache Ausführungsform der Ξntlüftungsvor- richtung am Giesstrichter ist deren Anwendung besonders einfach und dient auch dazu, die mit einer Verengung im Sy- stem auftretenden Probleme zu eliminieren.

Vorzugsweise hat der Giesstrichter einen nach oben offenen Oberteil, um das geschmolzene Metall einzufüllen und einen nach unten offenen Bodenteil, der mit der Transfervorrich- tung verbunden ist, wobei der Bodenteil einen kleineren Querschnitt hat als der Oberteil, und sich der Querschnitt vom Oberteil zum Bodenteil verengt. Ein Filtriereinsatz für geschmolzenes Metall, bevorzugt ein keramischer Schaumfilter, wie oben beschrieben, kann im Giesstrichter angeordnet werden. Bevorzugt wird der Filtriereinsatz derart im Bereich des Bodenteils eingesetzt, dass der ganze Strom an geschmolzenem Metall den Filter passieren muss und daraus eine weitgehende Entfernung der Feststoffe resultiert. Es kann eine rückformende periphere Dichtung, die den Filter randständig umgibt, vorgesehen werden. Der Filtriereinsatz ist somit dichtend gegenüber dem Giesstrichter in diesen eingepasst, um so einen Durchtritt des geschmolzenen Metalles am Filter vorbei zu vermeiden. Im Rahmen vorliegender Erfindung können selbstverständlich eine Mehrzahl von Entlüftungsvorrichtungen vorgesehen werden, die das Entweichen von eingeschlossener Luft verbessern.

Anhand vorliegender Abbildungen ist die Erfindung näher erläutert.

Abbildung 1 stellt eine schematische Seitenansicht eines typischen Metallgussverfahrens dar.

Abbildung 2 ist die graphische Darstellung der Giessform-einfüllrate in Funktion- der Zeit.

Figuren 3a, 3b und 3c sind Seitenansichten von Giesstrich-tern nach vorliegender Erfindung.

Figuren 4a und 4b sind Seitenansichten von alternativen Ausführungsformen der Giesstrichter nach vorliegender Erfindung.

Figur 5 ist die Draufsicht auf einen typischen Giesstrich-ter nach vorliegender Erfindung mit einer Mehrzahl von Entlüftungsvorrichtungen.

Eine typische Giessoperation mit geschmolzenem Metall wird schematisch in Figur 1 gezeigt. Ein Vorrat 10 an geschmolzenem Metall 11 kann beispielsweise, wie gezeigt, von oben eingegossen werden. Es kann auch ein Bodeneinguss oder ein Einguss direkt vom Schmelzofen vorgesehen werden. Aus dem Vorrat 10 an geschmolzenem Metall wird der Giesstrichter 12 befüllt und dient als Reservoir mit geschmolzenem Metall für die Transfervorrichtung 13, die ihrerseits mit dem Giesstrichter verbunden ist. Die Transfervorrichtung 13 für das geschmolzene Metall kann aus einem Eingusskanal oder -Kanälen 14 bestehen, der zu einer oder mehreren Rinnen 15 führt und letztendlich die Giessöffnung oder eine Mehrzahl von Giessδffnungen (nicht gezeigt) bedient. Selbstverständ-lieh wird die Anordnung, Grosse und Zahl jedes dieser Elemente von Guss zu Guss unterschiedlich sein.

Es ist .leicht erkennbar, dass das beschriebene System beim Entweichen der in der Giessform eingeschlossenen Luft versagen kann, wobei ein Druckanstieg im System erfolgt und die eingangs beschriebenen Probleme verursacht werden. Die Giessformfüllrate als eine Funktion der Zeit ist schematisch in Figur 2 gezeigt, welche die anfängliche Zeitverzögerung (A) durch den metallostatischen Ueberstand zeigt, gefolgt von einem Anstieg in der Giessformfüllrate bis der starke Druckanstieg in der Giessform zum Absinken der Giessformfüllrate (B) führt. Die Giessformf llrate kann dann entweder nivellieren (C), weiter fallen, vollständig aufhören, oder aber kann weiter ansteigen, wenn der Druck entweichen kann. Wie weiter oben angedeutet, kann sich das Problem der ungenügenden Giessformfüllrate verschärfen, wenn eine Verengung im System oder ein keramischer Schaumfilter vorhanden ist.

Wie obenstehend angegeben, wurde gefunden, dass dieses Problem durch die erfindungsgemässen Vorkehrungen von Entlüftungsvorrichtungen am Giesstrichter im Berührungspunkt zwischen dem Giesstrichter und der Transfervorrichtung für das geschmolzene Metall, die das Entweichen von eingeschlossenem Gas stromabwärts vom Giesstrichter erlauben, eliminiert werden kann. Figuren 3 bis 5 zeigen typische Ausführungsformen vorliegender Erfindung.

Fig. 3A zeigt den Giesstrichter 12 mit einem oben offenen Oberteil 12a, der das geschmolzene Metall aufnimmt und einen unteren offenen Bodenteil 12b mit einem kleineren Quer- schnitt als ihn der Oberteil aufweist. Wie in Figur 3a gesehen werden kann, verengt sich der Giesstrichter 12 vom Oberteil 12a zum Bodenteil 12b. Ein keramischer Schaumfilter 20 ist im Bereich des Bodenteils 12b im Giesstrichter angeordnet. Der Filter liegt im Fluss des geschmolzenen Me-talles, so dass die ganze Menge des geschmolzenen Metalles den keramischen Schaumfilter zur Partikelentfernung passieren muss. Der keramische Schaumfilter nach Fig. 3A wird in seiner Art in der schon erwähnten US-PS 3.962 081 beschrieben. Die Verengung, welche der Filter verkörpert, kann auch eine andere Einschränkung des Schmelzflusses sein, z.B. ein anderer Filter, ein Sieb oder eine Verengung im Fliessquerschnitt. Eine rückformende randständige Dichtung 21 ist, den Filter 20 umgebend, vorgesehen. Die Dichtung hat den Zweck, den Filter gegen den Giesstrichter hin abzudichten, um ein Durchtreten von Metall, aussen am Filter vorbei, zu vermeiden und um sicher zu stellen, dass alles geschmolzene Metall den Filter durchströmt und um einen dichtenden Filtereinbau zu sichern. Eine rückformende Dichtung ist besonders vorteilhaft, da sie Filtereinbau-probleme aufgrund von Grosse- und Massveränderungen durch thermische Expansion zwischen Filter und Trichter, die in hoher mechanischer Beanspruchung auf die Filter- oder Trichterbauteile oder beides resultiert, eliminiert. Selbstverständlich hängt die Wahl der speziellen Dichtung von der Anwendung ab, z.B. für Hochtemperaturanwendungen, wie die Stahlfiltration, ist eine reine Oxidfaser wie Zir-konoxid- oder Aluminiumoxidfaser am besten geeignet, während beispielsweise Aluminosilikatfasern für tiefere Temperaturen besonders geeignet sind. Ebenso, wie gezeigt in Fig. 3A,- wird ein im Randbereich abgeschrägter Filter, passend zur Giesstrichterkontur , für einen leichten Einbau bevorzugt.

Die erfindungsgemässe Entlüftung 30 ist am Giesstrichter 12 vorgesehen. In der Ausführungsform nach Abbildung 3A ist die Entlüftung im Innern der Wand des Giesstrichters angeordnet und erstreckt sich durch den Giesstrichterboden 12b, um die Verbindung mit dem Eingusskanal herzustellen. In der Ausführungsform von Abbildung 3B ist eine Entlüftung 30 in Form einer oder mehrerer durchgängiger Rohrabschnitte, befestigt an, oder integriert in der Oberfläche innen am Giesstrichter 12, vorgesehen. Abbildung 3C zeigt eine Entlüftung 30, gebildet durch eine oder mehrere durchgängiger Rohrabschnitte, befestigt an oder integriert in die Oberfläche, aussen am Giesstrichter 12, um mit dem Eingusskanal in Verbindung zu stehen. Die Ausfuhrungsform nach Abbildung 3B verwendet einen keramischen Filter 20a aus einem extru-dierten keramischen Material, während nach Abbildung 3C ein keramischer Schaumfilter 20 verwendet wird, wie auch in Abbildung 3A. In beiden Fällen wird seitlich am Rande des Filterkörpers ein Dichtungsmaterial 21 angewendet.

Abbildungen 4A und 4B zeigen verbesserte Giesstrichter 16, umfassend einen offenen Oberteil 16a und einen offenen Bodenteil 16b, worin der Bodenteil einen kleineren Durchmesser aufweist als der Oberteil. Der offene Bodenteil 16b um- fasst einen einwärts gerichteten Saum 17, der als abstützende oder tragende Fläche für den Filter 20a des Types aus extrudiertem keramischen Material vorgesehen ist. Abbildung 4A umfasst einen Giesstrichter mit einem im wesentlichen senkrecht ausgebildeten Bodenteil 18 für die einfache Anordnung eines im wesentlichen rechteckigen Filters, während Abbildung 4B einen Giesstrichter mit schräg fortlaufender Wandung, wie die Abbildungen 3 zeigen.

Abbildung 5 ist die Draufsicht auf einen Giesstrichter 12 mit 4 äusseren Einkerbungen 30 als Entlüftungsvorrich-tungen. Selbstverständlich wird die exakte Zahl von Entlüftungsvorrichtungen entsprechend den Ansprüchen an den Giesstrichter variieren. Für Präzisionsguss können die Einkerbungen mit Wachs gefüllt sein, der .später nach der Aus-bildung der Form wegschmilzt. Ohne Einkerbungen kann eine Entlüftungsvorrichtung für Präzisionsguss durch Befestigen von Wachs an der Trichteroberfläche, bevor die Form geformt wird, gebildet werden. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, die Strömung in einem Entlüftungssystem zu kon-trollieren. In diesem Fall kann eine begrenzende Oeffnung oder vergleichbare Kontrollvorrichtungen in das System eingefügt werden.