DE2814940A1 - Duese fuer ein gleitschieberventil - Google Patents

Description

USS ENGINEERS AND CONSULTANTS, INC.

600 Grant Street

Pittsburgh, State of Pennsylvania 15230, USA

P 12 54-5

6- April 1978

Düse für ein Gleitschieberventil

Die Erfindung betrifft Düsen und insbesondere, nicht ausschließlich, Düsen, die zur Verwendung in Verbindung mit Gleitschieberventilen bestimmt sind, die den schmelzflüssigen Metallstrom von einem zum anderen Behälter regeln.

Die Instabilität eines von einer Düse abgegebenen reibungsfreien Strahles ist an sich bekannt. Die Instabilität verursacht eine Unterbrechung des Strahles, wobei die Instabilität die Auswirkung eines oder mehrerer verschiedener Paktoren darstellt. Zum einen können geringfügige Störungen in der Strahlfläche unmittelbar stromabwärts des Düsenauslasses schnell zunehmen und wenn die Störungen eine mit dem Düsenradius vergleichbare Größe annehmen, tritt eine Ablösung bzw. ein Abbrechen des Strahles auf. Desweiteren ist es an sich be-

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kannt, daß die Geschwindigkeit eines in einem Kanal strömenden Fluids selbst dann ungleichmäßig ist, wenn laminare Strömungsbedingungen herrschen. Bei dem Austreten eines Strahles aus einer Düse findet eine Energieumverteilung in dem Strahl statt, die Geschwindigkeitsänderungen in Richtung auf einen gleichmäßigen Zustand zur Folge haben. Die Energieumverteilung kann plötzlich erfolgen, was zu einem Strahlspringen führen kann. Wenn der Fluidstrom eher turbulent als laminar ist, verstärken sich diese beiden Effekte. Bei einigen Betriebsbedingungen kann man eine dritte Erscheinung beobachten, die man insbesondere als Vernebelung bezeichnet. Wenn beispielsweise in einem Düsenkanal eine nicht lineare Strömung auftritt, kann Luft in den Kanal eingesaugt werden, die eine Unterbrechung des Strahles durch Vernebelung bewirkt.

Auf dem Gebiet der Metallgießtechnik stellt man häufig beträchtliche Instabilitäten fest, wenn schmelzflüssiges Metall über eine Düse beispielsweise in eine Gießform abgegossen wird. Üblicherweise treten Strahlerweiterungen, ein Verspritzen des schmelzflüssigen Metalles, ja sogar eine "Vernebelung" auf. Abgesehen von der möglichen, Gefährlichkeit sind schlecht begrenzte Strahlen äußerst unerwünscht. Das Verspritzen kann eine inhomogene Erstarrung mit sich bringen, und die Unterbrechung des Strahles oder die Vernebelung desselben haben eine störende Vermischung des schmelzflüssigen Metalles mit Luft zur Folge, wobei eine unerwünschte Oxidation des Metalles auftreten kann.

Die Instabilität eines Strahles ist insbesondere dann störend, wenn das Abgießen des schmelzflüssigen Metalles auf geregelte Art und Weise mit Hilfe eines Gleitschieberventiles erfolgt. Wenn das Ventil eine teilweise geöffnete Stellung einnimmt, ergibt sich ein asymmetrisches Eintreten des schmelzflüssigen Metalles in die Ventilaus-

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laßdüse, die als sogenannte Sammeldüse bezeichnet wird. Das asymmetrische Einströmen bringt in großem Umfang die Bildung von Turbulenzen und Instabilitäten mit sich.

Die Erfindung zielt darauf ab, Düsen derart weiterzubilden, daß sie unter anderem zur Verwendung in Verbindung mit Gleitschieberventilen geeignet sind.

Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Düse für ein Gleitschieberventil mit einem Hohlkörper mit einem Einlaßkanal, der von einer Einlaßöffnung zu einer Querschnittsverengung am Eintritt zu einem Kanal führt, die dem IPluidstrom einen Strömungswiderstand entgegensetzt, wobei der Auslaßkanal zu einer Auslaßöffnung führt, dadurch aus, daß der Einlaßkanal stromaufwärts der Querschnittsverengung eine versperrende Schikane besitzt, die die Umwälzströmungen an einem Durchgang durch die Querschnittsverengung hindert, und daß mehrere, nach innen vorspringende Rippen vorgesehen sind, die der Wirbelbildung entgegenwirken.

Im allgemeinen hat der Kanal stromabwärts der Querschnittsverengung die gleichen Abmessungen wie die Querschnittsverengung selbst. Somit ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein parallelwandiger Kanal vorgesehen, um im Hinblick auf einen genau begrenzten kompakten, aus der Düse austretenden Strahl optimale Resultate zu erzielen. Der Kanal kann von der Querschnittsverengung nach unten hin konvergierend ausgebildet sein, wobei die Seitenwandungen des Kanals in einem Winkel bis zu 15° geneigt zu der Mittellängsachse durch den Kanal angeordnet sind. Alternativ kann der Kanal nach unten divergierend ausgebildet sein, wobei seine Seitenwandungen bis zu einem Winkel von 3 1/2 zu dieser Achse geneigt verlaufen.

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Die Querschnittsverengung, die dein Eluidstrom einen Strömungswiderstand, entgegensetzt, kann verschiedene Formen haben. Sie kann auf die einfachste Art und Weise von der Verbindung zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Kanals und einem nach innen weisenden, stufenförmig abgesetzten Teil gebildet werden, der sich um den Innenraum des Hohlkörpers erstreckt. Wenn ein stufenförmig abgesetzter Teil vorhanden ist, der in einer Ebene senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung durch den Einlaßkanal in Richtung auf den weiteren Leitungskanal liegt, wäre jedoch eine abrupte Änderung des Strömungsquerschnittes vorhanden. Deshalb ist die Querschnittsveränderung vorzugsweise derart ausgestaltet, daß sie einen allmählichen Übergang zwischen dem Einlaßkanal und dem weiteren Leitungskanal bildet. Die Querschnittsverengung kann so beispielsweise kegelstumpfförmig ausgebildet sein.

Vorzugsweise entspricht die Gestalt der Querschnittsverengung jedoch der sich allmählich krümmenden Form einer Spritzdüse eines Löschschlauches. Die nach innen gekrümmt verlaufende Querschnittsverengung kann jede gewünschte geeignete geometrische Gestalt aufweisen und beispielsweise teilweise sphärisch oder parabolförmig ausgebildet sein, wobei sich der Einlaßkanal mit dem Eingang in den weiteren Strömungskanal vereint.

Die Einrichtung, die der Bildung von Umwälzströmungen entgegenwirkt, umfaßt vorzugsweise ein oder mehrere nach innen gerichtete, stufenförmig abgesetzte Teile, die an der Innenwandung des hohlförmig ausgebildeten Düsenkörpers vorragen. Dieser stufenförmig abgesetzte Teil oder diese stufenförmig abgesetzten Teile können senkrecht zu der HauptStrömungsrichtung durch den Einlaßkanal zu dem weiteren Strömungskanal liegen. Der oder jeder stufenförmig abgesetzte Teil bildet wunschgemäß einen durchgehend verlaufenden Schenkel

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um den Einlaßkanal.

Die Einrichtung, die der Wirbelbildung entgegenwirkt, kann von drei, vier oder mehr nach innen vorspringenden Rippen oder stegförmigen Teilen gebildet werden, die parallel zur Hauptströmungsrichtung durch den Einlaßkanal zu dem weiteren Strömungskanal verlaufen. Vorzugsweise sind die stegförmigen Gebilde oder die Rippen um die Innenwandung des Hohlkörpers gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Rippen erstrecken sich von dem Eintritt in den weiteren Strömungskanal zu einer derartigen Stelle nach oben, daß sie einen minimalen Einfluß auf das exakte Funktionieren der Einrichtung haben, die der Bildung von Umwälzströmungen entgegenwirkt. Demzufolge sollten sich die stegförmigen Gebilde oder Rippen nur teilweise längs des Einlaßkanals erstrecken und vorzugsweise erstrecken sie sich stromaufwärts nicht über die Einrichtung hinaus, die der Bildung von Umwälzströmungen entgegenwirkt.

Vorzugsweise bilden die stromaufwärtigen Enden der Rippen oder stegförmigen Gebilde Schikanen, die nach innen vorspringende stufenförmig abgesetzte Teile auf der Innenwandung des Hohlkörpers bilden. Die stromaufwärtigen Enden können somit eine Einrichtung bilden, die den Umwälzströmungen entgegenwirkt .

Der Hohlkörper der Düse sollte aus einem erosionsbeständigen und wärme- bzw. hitzebeständigen, feuerfesten Material bestehen, wenn die Düse zur Verwendung beim Abgießen von schmelzflüssigen Metallen bestimmt ist.

Obgleich die erfindungsgemäße Düse insbesondere zur Anwendung in Verbindung mit einer gleitschieberventil-gesteuerten Auslaßdüse bestimmt ist, kann die erfindungsgemäße Düse auch als Gießdüse in einem Behälter verwendet werden, der beispielsweise von einer Stopfenpfanne oder

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einer Zwischenpfanne beim Stranggießen gebildet wird. Wenn ein Zusammenarbeiten mit einem stabförmigen Anschlagelement erforderlich ist, sollte die Einlaßöffnung auf an sich bekannte Art und Weise derart ausgestaltet sein, daß sie auf dem Ende des stabförmigen Elementes aufsitzt.

Wenn eine erfindungsgemäß ausgestaltete Düse in Verbindung mit einem Gleitschieberventil eingesetzt wird, zeigen Versuchsergebnisse, daß man äußerst zufriedenstellende Strahleigenschaften selbst dann erhalten kann, wenn das Ventil eine äußerst stark drosselnde Stellung einnimmt. Wenn beispielsweise ein Gleitschieberventil mit einer an sich bekannten, mit einer ebenen Ausbohrung versehenen Sammeldüse eingesetzt ist, die nur um 60 % oder weniger offen ist, tritt schnell ein Abbrechen des Stromes innerhalb der Düse auf, sowie eine unerwünschte intensive Vermischung mit mitgerissener Luft. Im Gegensatz hierzu erhält man mit der erfindungsgemäßen Düse selbst dann einen kompakten, eng umgrenzten Strahl, wenn das Ventil eine Stellung einnimmt, in der es im Vergleich zu seiner vollständig offenen Stellung nur um 5 % offen ist. Darüberhinaus wurde bereits zuvor erwähnt, daß ein Abbrechen des Strahles schon in dem Innenraum einer an sich bekannten Düse auftreten kann. Bei der Düse nach der Erfindung kann ein Abbrechen nicht auftreten, bis ein stromabwärts von dem Düsenauslaß in einem Abstand liegender Punkt erreicht ist, dessen Abstand größer als das Fünffache des abgegebenen Strahldurchmessers ist. Bei einigen Anwendungs fällen kann dieser Abstand das 10- oder 20-fache des Durch messers betragen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Düse las sen sich somit relativ lange ununterbrochene Strahlen aus schmelzflüssigem Stahl abgeben.

Einer der Hauptvorteile der erfindungsgemäßen Düsen tritt in Verbindung mit der Anwendung bei Gleitschieberventilen

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infolge der Funktion der Querschnittsverengung auf. Die Querschnittsverengung hält die Düse stromaufwärts mit dem Metallstrom überströmt und erzeugt einen Gegendruck bzw. Staudruck in dem stromaufwärtigen Strömungsweg» der geeignet ist, jegliche Neigung zum Ansaugen von Luft in die Strömung über den Grenzflächenbereich der Ventilplatten zu unterbinden.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Düsen fallen insbesondere am Ende eines Abgußvorganges ins Gewicht, wenn die statischen Druckhöhen bzw. Drucksäulen der Metallmasse vergleichsweise klein sind. Bekanntlich tritt bei einer Berührung eines schmelzflüssigen Metallstromes mit einer feuerfesten Düse eine Erosion der Düse auf. Die Erosion tritt jedoch meist zu Beginn eines Abgußvorganges auf. Um die eine Schikane bildenden Enden der Sippen, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Wirbelbildung entgegenwirken, vor einem frühzeitigen Verschleiß zu schützen, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, diese Rippen in eine relativ weiche erodierbare Düsenauskleidung aus feuerfestem Material einzubetten, das allmählich bei dem Gießvorgang zu Beginn abgetragen, wird. Diese Auskleidung kann mit der Innenwandung des Düsenkörpers so zusammenarbeiten, daß man einen stufenförmig abgesetzten Strömungskanal mit einem stromaufwärtig liegenden Abschnitt mit größerem Strömungsquerschnitt und einem stromabwärtig liegenden Abschnitt mit kleinerem Strömungsquerschnitt erhält. Die Düsenauskleidung kann eine Bohrung besitzen, die so bemessen ist, daß sie stromaufwärts eine Fortsetzung des Strömungskanals bildet.

Ein Bereich der an sich bekannten Sammeldüsen, der insbesondere zur Beschädigung durch Erosion neigt, liegt am auslaßseitigen Ende. Das abgetragene auslaßseitige Ende

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der Düse kann zu einer Verstreuung des Strahles aufgrund der Tatsache" führen, daß sich der Strom an den Innenwandungen der Düse abzulagern versucht. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten können die Düsen nach der Erfindung mit einer Einrichtung versehen sein, die einen Hüllmantel aus einem inerten Gas zwischen den Wandungen des Kanals und dem schmelzflüssigen Metall erzeugt. Ein derartiger Hantel bringt im wesentlichen zwei Vorteile mit sich. Zum einen wird die Erosion weitgehendst vermindert und zweitens trägt er dazu bei, daß die Bildung eines Mündungs'bäres, eines Pfannenrestes oder das Stehenbleiben von tropfenförmigen Restgebilden am Düsenauslaß vermieden wird. Die Bildung von Mündungsbären, Pfannenresten oder stehenbleibenden tropfenförmigen Gebilden stellen Schwierigkeiten dar, die insbesondere in Verbindung mit aluminium-beruhigten Stählen auftreten, die über Aluminiumoxiddüsen vergossen werden.

Die Erfindung umfaßt auch Gleitschieberventile, die mit Düsen nach der Erfindung ausgerüstet sind, sowie Behälter, die mit derartigen Ventilen versehen sind. Die Schieberventile umfassen vorzugsweise zwei oder drei Bauarten und sie können beispielsweise hin- und hergehend beweglich, drehbeweglich oder mit einem Durchgangsschieber ausgelegt sein.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht durch eine Gießpfanne und ein Schieberventil nach der Erfindung,

Figur 2 ist eine Längsschnittansicht durch feuerfeste bzw. hitzebeständige Platten eines aus zwei Platten bestehenden Schieberventiles und durch eine

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Düse nach, der Erfindung, wobei beispielhaft Stromlinien bzw. Strömungsbilder eingetragen sind,

Figur 3 ist eine Querschnittsansicht durch, die in Figur 2 gezeigte Düse längs der Linie III-III in Figur 2,

Figur 4- ist eine Längsschnittansicht der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Düse längs der Linie IV-IT In Figur 3,

Figur 5 ist eine Querschnittsansicht der Düse nach, den Figuren 2 bis 4- längs der Linie Y-V in Figur 2, wobei beispielhaft weitere Strömungsbilder bzw. Stromlinien eingetragen sind,

Figur 6 ist eine Figur 3 ähnliche Querschnittsansiclit einer abgewandelten Ausführungsform einer Düse nach der Erfindung,

Figur 7 ist eine ausschnittshafte Längsschnittansieht einer Einrichtung, die einen Gasmantel zwischen der Düsen-

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wandung und dem durch die Düse gehenden schmelzflüssigen Metall erzeugt,

Figur 8 ist eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Düse nach der Erfindung, und

Figur 9 ist eine Schnittansicht der Düse nach Figur 8 längs der Linie IX-IX.

In Figur 1 ist ein Ausschnitt einer Stopfenpfanne 1 gezeigt, die eine Austrittsbohrung und eine Düsenanordnung 1a hat, die einen Weg bilden, auf dem das schmelzflüssige Metall aus der Stopfenpfanne ausströmen kann. Eine Tragplatte ?. ist an dem Boden der Stopfenpfanne befestigt und an dieser

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ist ein Schieberventil 3 befestigt. Das Ventil 3 umfaßt einen Gleit- bzw. Führungsrahmen 4-, der unter Führung einen hin- und herbeweglichen Schieber 5 trägt. Der Schieber 5 trägt eine gleitend bewegliche Ventilplatte 8, die durch eine Federeinrichtung 10 nach oben gedruckt wird, die in den Schieber 5 eingebaut ist und in den Behälterboden 9 eingreift. Die Federeinrichtung 10 belastet die Schieberplatte 8 so vor, daß sie an ihrer Grenzfläche mit einer ortsfesten Ventilplatte 11 in Berührung steht. Die einander gegenüberliegenden Flächen 12 der Platten 8 und 11 sind eben und poliert, so daß sich dazwischen eine gleitend bewegliche flüssigkeitsdichte Abdichtung bildet. An der Gleitplatte 8 ist in hängender Anordnung eine Auslaßbzw. Austrittsdüse 16 angebracht, die auch als sogenannte Sammeldüse 16 bezeichnet wird.

Das Ventil 3 ist in Figur 1 in seiner geschlossenen Stellung (mit einem Öffnungsgrad von O %) dargestellt, so daß kein Metallstrom aus der Gießpfanne austreten kann, und die zur Bildung eines Strömungsweges in den Ventilplatten 8 und 11 bestimmten Einrichtungen sind außer Fluchtung. Wenn man die Schieberplatte und die Düse 16 nach rechts verschiebt, bis die zur Bildung eines Strömungsweges bestimmten Einrichtungen genau fluchtend liegen, ist das Ventil vollständig geöffnet (mit einem Öffnungsgrad von 100 90» so daß ein Metallstrom von der Gießpfanne 1 zu einer Gießform (nicht gezeigt) abgegeben werden kann. Wunschgemäß kann die Schieberplatte 8 in Zwischenstellungen bewegt werden, in denen sich die zur Bildung eines Strömungsweges bestimmten Einrichtungen mehr oder weniger überdecken, so daß das Ventil zum Durchlassen eines Metallstromes teilweise geöffnet ist. Die Bewegung der Schieberplatte 8 kann mit Hilfe einer Ventilbetätigungseinrichtung, wie zum Beispiel einem Druckkolben, gesteuert erfolgen, der mit dem Führungsrahmen 4 und dem Schieber 5 über insgesamt

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mit 18 bezeichnete Einrichtungen gekoppelt ist.

Ein von einer Düse mit bekannter Bauart abgegebener Metallstrahl hat die Neigung, sich nach außen zu erweitern oder abzubrechen und häufig findet eine Vernebelung und eine Vermischung mit mitgerissener Luft statt, die in den Innenraum der Düse über einen der beiden Hauptwege angesaugt werden kann. Zum einen kann infolge von Turbulenzen innerhalb der Düse Luft über die Düsenaustrittsöffnung oder die Düsenmündung nach oben angesaugt werden. Zum anderen kann Luft durch den über die Ventilplatte in die Düse gelangenden Metallstrom zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen 12 in die zur Bildung eines ßtrömungsweges bestimmte Einrichtung angesaugt werden. In jedem Fell erhält man bei einer an sich bekannten ausgelegten Düse einen Strahl mit geringerer Güte insbesondere dann, wenn der schmelzflüssige Metallstrom stark gedrosselt wird. Der Strahl kann so schlecht werden, daß ein Arbeiten des Ventiles mit einem öffnungsgrad von weniger als ungefähr 60 unsicher wird.

Eine Düse, die relativ lange, ununterbrochene Strahlen, selbst bei einer Ventilstellung, in der der Strom stark gedrosselt wird, zum Beispiel bei einem öffnungsgrad von nur 5 bis 10 %, liefern und abgeben kann, ist in den Figuren 2 bis 5 gezeigt.

Die Düse 20 nach. Figur 2 ist ähnlich wie die Düse 16 in Figur 1 hängend an der Unterseite einer Schieberplatte 21 angebracht, die an ihrer Grenzfläche gleitend in Berührung mit einer ortsfesten Platte 22 steht. Die Ausbildung der Verbindung zwischen der Düse 20 und der Platte 21 ist nicht Gegenstand der Erfindung, so daß eine nähere Beschreibung derselben entfallen kann. Zum Verständnis reicht es aus,

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wenn man weiß, daß die Verbindung luft- und flüssigkeitsdicht ausgelegt sein soll.

Die Düse 20 wird von einem hohlen, hitzebeständigen bzw. feuerfesten Körper gebildet, der beispielsweise aus Aluminiumoxid mit hoher Dichte hergestellt ist. Der hohle Innenraum der Düse 20 begrenzt einen Durchlaßkanal für das schmelzflüssige Metall. Das Metall kann in die Düse eintreten, wenn die Einrichtungen 23, 24 der Ventilplatten 21, 22 entweder fluchten (Öffnungsgrad des Ventiles 100 %) oder wenn sie sich, wie dargestellt, überdecken (das Ventil ist teilweise offen).

Die Düse 20 hat eine Einlaßöffnung 25 an einem Ende eines Einlaßkanals 26, der in eine Querschnittsverengung 28 übergeht. Die Querschnittsverengung 28 befindet sich an der Eintrittsseite eines parallelwandigen Kanals 30, der zu einer Auslaßöffnung 31 an dem bodenseitigen Austrittsende der Düse führt. Wie in den !Figuren 3 und 5 gezeigt, sind die Querschnittsverengung 28, der Kanal 30 und eine Innenwandung 32 der Düse, die einen Einlaßkanal 26 begrenzen, alle mit Kreisquerschnitten ausgebildet, die einen ,gemeinsamen Mittelpunkt haben. Hierbei hat die Querschnittsverengung 28 den gleichen Durchmesser wie der Kanal 30. Wie eingangs betont, kann sich der Kanal 30 im Querschnitt verändern und ist entweder in Abwärtsrichtung konvergierend oder divergierend ausgebildet. Wenn der Kanal 30 konvergierend ausgebildet ist, sollte seine Wandung zu der Mittellängsachse durch die Düse um nicht mehr als 15° geneigt sein. Wenn der Kanal divergierend ausgebildet ist, sollte die Neigung nicht größer als 3 1/2° sein.

Wie sich am besten Figur 4 entnehmen läßt, ist der Übergang zwischen der Wandung 32 des Einlaßkanals 26 und der Querschnittsverengung 28 nicht abrupt, obgleich bei anderen

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Ausfuhrungsformen der Übergang kegelstumpfförmig oder mit einem rechtwinklig liegenden, stufenförmig abgesetzten Teil ausgelegt sein könnte. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Übergang -von einem ebenen, gekrümmten Wandungsabschnitt 33 gebildet- Der Wandungsabschnitt 33 entspricht im wesentlichen dem gekrümmt ausgebildeten auslaßseitigen Ende einer Spritzdüse an einem Löschschlauch. Der Abschnitt 33 kann einen teilweise kugel förmig ausgebildeten Umriß haben.

Von der Wandung 32 ragen mehrere Rippen oder stegförmige Gebilde 35 nach innen. Jede Rippe 35 ist in Richtung der Längsachse länglich ausgebildet und erstreckt sich von der Querschnittsverengung 28 in Längsrichtung des Einlaßkanals 26 teilweise nach oben. Das oberseitige Ende 36 jeder Rippe 35 bildet einen quadratischen stufenförmig abgesetzten Teil, der sich von der Wandung 32 nach innen erstreckt und stellt eine versperrende Schikane für den Fluidstrom dar, der in dem Einlaßkanal 26 nach unten gerichtet ist. Der Hauptteil des Einlaßkanals 26 wird von einem ebenen zylindrischen Hohlraum gebildet, der sich von den Rippen 35 zu der Einlaßöffnung 25 nach oben erstreckt .

Bei den Ausführungsformen nach Figuren 2 bis 5 sind vier Rippen 35 vorgesehen und jede Rippe besitzt im Querschnitt eine quadratische oder rechteckförmige Gestalt (vgl. Figur 3). . .

In Figur 6 ist eine abgewandelte, insgesamt mit 20a bezeichnete Ausführungsform der Düse 20 gezeigt, bei der drei keilförmige Rippen 35 vorgesehen sind. Ansonsten weist die abgewandelte Ausführungsform 20a dieselben konstruktiven Details wie die Düse 20 auf.

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Die Rippen 35 sind in regelmäßigen Umfangsabstanden von 90° oder 120° um die Wandung 32 verteilt angeordnet. Die zuinnerst liegenden Längsseiten der Rippen liegen vorzugsweise in einer imaginären Zylinderflache, die sich von dem Kanal 30 nach oben erstreckt und denselben Durchmesser wie der Kanal 30 und die Querschnittsverengung 28 hat.

Das bodenseitige Ende des Kanals 30 neigt zur Erosion infolge des aus der Düse 20 austretenden schmelzflüssigen Metallstromes. Somit neigt die Auslaßöffnung 31 zeitabhängig zu einer Erweiterung, so daß das bodenseitige Ende des Kanals uneben wird und divergierend ausgeformt ist. Um einen genau begrenzten kompakten Strahl zu liefern und zu erzeugen, sollte diese Erosion so minimal wie möglich gehalten werden. Dies läßt sich dadurch erzielen, daß man zwischen dem schmelzflüssigen Metall und der Wandung des Kanals einen dünnen Gasmantel erzeugt. Beispielhaft ausgelegte Einrichtungen zur Erzeugung eines derartigen Mantels sind in Figur 7 gezeigt. In Figur 7 ist mit 40 ein gasdurchlässiger Ring bezeichnet, der in eine der Wandung 42 des Kanals 30 ausgebildete Ausnehmung einzementiert ist und mit 43 ist eine Gasleitung bezeichnet. Die Leitung 43 steht in Verbindung mit einem Sammelraum 44, der sich um die radial zuäußerst liegende Fläche des Ringes 40 bildet. Ein in den Raum 44 eingeleitetes, komprimiertes Gas, wie zum Beispiel Argon, durchdringt den Ring 40, um einen einhüllenden Gasmantel um den schmelzflüssigen Metallstrom zu erzeugen. Das Gas ist zum Schutz der Wandung 42 vor einer Erosion bestimmt, da dieses verhindert, daß das schmelzflüssige Metall in direkten Kontakt mit der Wandung kommen kann und das auch dazu beiträgt, die Bildung von Ablagerungen in dem Kanal zu verhindern, die ihre Ursache in der Bildung eines Mündungsbäres, eines Pfannenrestes oder eines abtropfenden Restes haben. Derartige Ablagerungen sind insbesondere beim Vergießen von aluminium-beruhig

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ten Stählen störend. Die Erosion ist nickt nur im wesentlichen auf das bodenseitige Ende des Kanals 30 beschränkt. " Sie kann auch in dem Bereich der Rippen 35 auftreten. Die Erzeugung von genau begrenzten Strahlen kann in der Praxis am Ende eines Abgießvorganges schwieriger als zu Beginn sein, wenn nämlich die statische Druckhöhe des Metalles in der Gießpfanne 1 gering ist. Die Düse 20 kann demzufolge derart ausgelegt werden, daß die Eippen 35 vor frühzeitiger Erosion bei den Abgüssen am Anfang geschützt sind. Eine hierfür bestimmte Anordnung ist in den Figuren 8 und 9 gezeigt, bei der die Düse 20 mit einer relativ weichen erodierbaren Düsenauskleidung 52 versehen ist, die chemisch mit der Wandung 32 haftend verbunden ist, und in die die Rippen 35 eingebettet sind. Die Auskleidung kann im allgemeinen zylindrisch ausgelegt sein und kann sich von der Querschnittsverengung 28 wenigstens bis zu den oberen Enden der Rippen, jedoch vorzugsweise wie gezeigt über diese hinaus nach oben erstrecken. Die Auskleidung 52 ist mit einer Bohrung 5^ versehen, die einen gleichen Durchmesser wie der Kanal 30 hat, sowie ein stufenförmig, als Schikane dienendes abgesetztes, im Querschnitt quadratisches oberes Ende besitzt, der den Strömungskanal durch die ΙΚί3β_ in einen oberen Abschnitt mit größerem Durchmesser und einen unteren Abschnitt mit kleinerem Durchmesser unterteilt. Die Auskleidung besteht vorzugsweise aus einem aluminiumoxid-siliciumoxid-kohlenstoffhaltigen Material. Bei der Anwendung trägt sich die weiche Auskleidung der stufenförmig abgesetzt ausgebildeten Düse allmählich bei fortschreitendem Abgießen ab und die Rippen 35 werden schließlich bei den letzten Abgüssen freigelegt.

Es ist zu erwarten, daß eine wie zuvor beschriebene und aufgebaute Düse äußerst zufriedenstellend arbeitet, wenn durch sie beispielsweise Stähle unter veränderlichen Drosselverhältnissen abgegossen werden. Bei Versuchen mit einem

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mit Wasser gespeisten Modell hat sich ergeben, daß man
bei der Düse nach der Erfindung bessere Ergebnisse als
bei an sich bekannten Düsen mit einer ebenen Ausbohrung
erreicht.

Wenn das plattenumfassende Schieberventil eine Stellung
nach Figur 2 einnimmt, in der der durchgehende Metallstrom gedrosselt ist, strömt der Metallstrom in die Düse asymmetrisch ein. Somit trifft das einströmende Metall auf
eine Seite des Einlaßkanals 26 auf und es entsteht in
dem darin eingeschlossenen Fluid eine Umwälzbewegung. Ein derartiges Strömungsbild ist beispielsweise mit Pfeilen in Figur 2 eingetragen. Die stufenförmig abgesetzten Enden
der Rippen 35 dienen zur Kontrolle und Beherrschung der
Umwälzbewegung und verhindern, daß sich die Umwälzzone
nicht von der Querschnittsverengung 28 nach unten und darüberhinaus in den Kanal 30 erstreckt. Die Querschnittsverengung 28 behindert den durch die Düse 20 gehenden Strom
und bewirkt, daß der Einlaßkanal und die Einrichtungen 23, 24 mit schmelzflüssigem Metall überströmt werden. Die
Überströmung zusammen mit dem Gegendruck stromaufwärts der Querschnittsverengung erzielen den Effekt, daß eine"' Ansau·^ gung von Luft in den schmelzflüssigen Metallstrom über die Grenzfläche zwischen den Platten 20, 21 minimalisiert oder verhindert wird.

Das schmelzflüssige Metall führt nicht nur, wie in Figur 2 gezeigt, eine Umwälzbewegung aus. Teilweise neigt das
schmelzflüssige Metall dazu, an der Seite des Einlaßkanals haften zu bleiben und bewegt sich an der Seite zu dem Kanal 30 nach unten. Mit dem Bezugszeichen 50 in Figur 5 ist der Bereich bezeichnet, an dem eine Abwärtsströmung des Metallstromes auftreten kann. Auch ist die Metallschmelze Wirbel-

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bildungen unterworfen. Man hat festgestellt, daß sick zwei gegenläufige Wirbel in dem Einlaßkanal 26 bilden. Diese Wirbel lassen sich, insbesondere Figur 5 entnehmen. Wenn der verwirbelte schmelzflussige Metallstrom auf die Rippen 35 auftrifft, wirken diese der Verwirbelung derart entgegen, daß man einen im wesentlichen stabilen, gleichmäßigen Strom in dem Kanal erhält. Eine weitere Glättung und Stabilisierung des Stromes wird durch den geradlinigen, parallelwandigen Kanal 30 erzielt. Der an der Düse 20 abgegebene Strahl ist kompakt und geglättet und man kann möglicherweise einen Strahl ohne Unterbrechung abgeben, der wenigstens fünf mal so lang wie der Durchmesser des abgegebenen Strahles ist. Man kann auch einen ununterbrochenen Strahl selbst bei ungünstigen starken Drosselverhaltnxssen erzielen, der das 10- bis 20-fache des Durchmessers lang ist. Derartige oder vergleichbare Resultate lassen sich bei an sich bekannten Düsen nicht erzielen.

Bei einer an sich bekannten parallelwandigen Düse bildet sich im Innenraum der Düse ein halbmondförmiger Strahl und der Rest der Düsenbohrung füllt sich mit Luft auf, wenn das Ventil mit einem Öffnungsgrad zwischen 60 .und 100 % geöffnet ist. Es tritt eine vernachlässigbare Vermischung des Strahles mit Luft auf. Wenn das Ventil um weniger als 60 % offen ist, trifft die einströmende Flüssigkeit auf die Seite der Bohrung mit einer Kraft auf, die ausreicht, um eine Vernebelung und eine intensive Vermischung mit Luft zu bewirken. Somit wird von der Düse ein sehr instabiler, schlecht begrenzter Strahl abgegeben..

Bei einer stufenförmig abgesetzten Düse wie bei der vorliegenden Erfindung, die wie zuvor erwähnt zusätzlich mit einer Schutzauskleidung versehen sein kann, erhält man exakte Strahlen bei einem Ventilöffnungsgrad von grosser als 80 %. Bei Ventilöffnungsstellungen von kleiner als

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70 % oder dergleichen entsteht eine große ringförmige Umwälzzone, die ihre Ursache darin hat, daß die eintretende Flüssigkeit auf eine Seite der Düseninnenwandung auftrifft. Diese Strömung ist ähnlich der Umwälzbewegung nach Figur 2. Die Umwälzzone bewirkt eine Stabilisierung der einströmenden Flüssigkeit und bewirkt, daß sich die einströmende Flüssigkeit zu einer Masse mit einem großen Durchmesser ausbreitet, die im "wesentlichen den Einlaßkanal ausfüllt, der von der Endseite der Düse mit größerem Durchmesser gebildet wird. Bei einem Öffnungsgrad des Ventils unterhalb 60 bis 70 % bildet die Flüssigkeit im Innenraum der stufenförmig abgesetzten Düse zunehmend eine intensive Wirbelströmung, wie dies beispielsweise bei der in Figur 5 gezeigten Düse eingetragen ist. Wenn die der Wirbelbildung entgegenwirkenden Rippen nicht vorhanden sind, wird die Wirbelbildung bei dem die Düse verlassenden Strahl beibehalten, so daß die Stabilität des Strahles progressiv bei vermindertem prozentualen Öffnungsgrad des Ventils schlechter wird.

In der vorstehenden Beschreibung ist auf einen Öffnungsgrad des Ventils in Prozentangaben Bezug genommen. Hierbei handelt es sich um lineare Prozentw'erte. Wenn die Einrichtungen 23 und 24 genau fluchtend liegen, ist das Ventil zu 100 % offen. Es ist zu 0 % offen (d.h. geschlossen), wenn die Gleitplatte bzw. Schieberplatte 21 so bewegt wird, daß keine Überdeckung zwischen den Einrichtungen 23, 24 vorhanden ist. Das Ventil ist zu 50 % offen, wenn die Gleitplatte bzw. die Schieberplatte um einen Abstand bewegt wird, der gleich groß wie der Radius der Einrichtung 23 im Verhältnis zu der 100 %igen Öffnungsstellung des Ventiles und der entsprechenden Stellung der Gleitplatte ist.

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Im folgenden werden als Beispiele bevorzugte Dimensionsangaben aufgeführt.

Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Kanals JO ist nicht kleiner als 0,5 und ist vorzugsweise größer als 2,0.

Die axiale Länge der Rippen 35 ist nicht kleiner als der Durchmesser des Kanals und vorzugsweise ist sie nicht kleiner als das 2-fache des Durchmessers des Kanals.

Das Verhältnis von Kanaldurchmesser zu Durchmesser des Einlaßkanals 26 ist vorzugsweise nicht größer als 0,8 und beträgt beispielsweise 0,6 bis 0,7«

Der Durchmesser des Kanals kann beispielsweise in der Größenordnung von 4-5 mm liegen.

Im Prinzip können die Rippen an jeder Stelle in der Düse liegen. Beispielsweise können sie an der Innenseite des Kanals 30 angebracht sein. Jedoch ist es wichtig, daß die Rippen keine Beeinträchtigung bei der Umwälzzone hervorrufen und demzufolge sollten sie vorzugsweise nicht über die Einrichtungen nach oben vorstehen, die die umwälzende Strömung an einem Durchgang durch die Querschnittsverengung hindern. Dies gilt insbesondere bei der Ausführungsform, bei der diese Einrichtungen von anderen versperrenden Schikanen als den oberseitigen Enden der Rippen gebildet werden.

Obgleich die Düse nach der Beschreibung einen Innenraum mit kreisförmigem Querschnitt einschließt, sind auch andersartig ausgestaltete Querschnitte, wie zum Beispiel quadratische, möglich.

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ORIGINAL !NSPECTED

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Die Düsen nach der Erfindung können in Eorm von austauschbaren Spitzen ausgelegt sein, so daß beispielsweise an
den Enden von mit einer geradlinigen Ausbohrung versehenen Sammeldüsenrohren befestigt werden können.

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Claims (10)

Patentansprüche

1. Düse für ein Gleitschieberventil mit einem hohlförmigen Körper, mit einem Einlaßkanal, der von einer Einlaßöffnung zu einer Querschnittsverengung am Eingang zu einem Kanal führt, die dem Pluidstrom einen Strömungswiderstand entgegensetzt, wobei der Kanal zu einer Auslaßöffnung führt, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Einlaßkanal (26) stromaufwärts von der Querschnittsverengung (28) eine versperrende Schikane (36) besitzt, die die Umwälzströmungen am Durchgang durch die Querschnittsverengung (28) hindert, und daß mehrere, nach innen vorspringende Rippen (35) vorgesehen sind, die der Wirbelbildung entgegenwirken.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die versperrende Schikane ein oder mehrere, nach innen gerichtete stufenförmig abgesetzte Teile (36) umfaßt, die in einer Ebene senkrecht zu der Hauptströ-

TELEFON <OBS) 22 28 62

TELEX 05-S93BO

TELEGRAMME MONAPAT

TELEKOPIERER

ORIGINAL INSPECTED

mungsrichtung des Stromes durch den Einlaßkanal in
Richtung auf den Kanal (30) liegen.

3. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenförmig abgesetzten Teile (36)
von den stromaufwärts liegenden Enden der Rippen (35) gebildet werden.

4·. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (35) in
Radialrichtung liegende Innenflächen besitzen, die auf einer imaginären Zylinderfläche liegen, deren Durchmesser gleich dem Verhältnis des Durchmessers der Öffnung zu dem Kanal (30) ist.

5· Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz e ichnet, daß die Rippen (35) in
einem weichen, leicht erodierbaren Düsenauskleidungsmaterial eingebettet sind, das teilweise längs des Einlaßkanals stromaufwärts von der Querschnittsverengung (28) angebracht ist.

6. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß die Querschnittsverengung (28) von einem sich allmählich konvergierenden Übergang gebildet wird, der zwischen dem Einlaßkanal
(26) und dem Kanal (30) liegt.

7· Düse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang die Gestalt einer allmählich sich krümmenden Fläche hat.

8. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß der Kanal (30) Ein-

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richtungen umfaßt, die um den schmelzflüssigen Metallstrom einen Hüllmantel aus einem inerten Gas erzeugen, wenn der schmelzflüssige Metallstrom durch den Kanal (30) in Richtung auf die Auslaßöffnung strömt.

9· Düse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen gasdurchlässigen Ring (A-O) umfaßt, der in einer Ausnehmung in der Kanalwandung angeordnet ist, und daß der Kanal (30) einen Gasversorgungsraum (44-) umschließt, der um die in Radialrichtung zuäußerst liegende Fläche des Ringes (40) ausgebildet ist.

10. Düse nach einem der Torhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichn et, daß die Rippen (35) 3^e~ weils eine Länge haben, die nicht größer als der Kanaldurchmesser ist.