DE29722779U1

DE29722779U1 - Auslaßeinrichtung zu einem Schmelztiegel

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Publication number: DE29722779U1
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Authority: DE
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Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1997-12-23
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2007-12-24
Also published as: CN2323335Y; IT236376Y1; US5948351A; ITTO970251U1

Description

Auslasseinrichtung zu einem Schmelztiegel

Die Erfindung betrifft eine Auslasseinrichtung zu einem Schmelztiegel für eine Vakuum-Giessanlage für Kleinteile, umfassend einen Schmelztiegel mit einer Bodenauslassöffnung, in der Form einer zylindrischen Bohrung, und einen Stopfen zum Verschliessen der Bodenauslassöffnung.

Es sind Vakuum-Giessanlagen für Kleinteile bekannt, bei welchen insbesondere Edelmetalle und Leichtmetalle abgegossen werden. Bei diesen bekannten Anlagen ist über der Giessform ein Sammelraum für geschmolzenes Material vorhanden, wobei dieser Sammelraum Teil des Schmelztiegels sein kann oder über

&iacgr;&ogr; eine Zulaufrinne gespiesen wird. Bei den Ausführungen, bei welchen der Sammelraum Teil des Schmelztiegels ist, ist der Schmelztiegel oft mit einer Induktionsheizung ausgestattet. An der Bodenfläche des Schmelztiegels ist eine Bodenauslassöffnung angeordnet, welche mit einem Stopfen verschliessbar ist. Der Stopfen ist dabei durch den Sammelraum für das geschmolzene Material im Schmelztiegel geführt und ist in Richtung der Längsachse des Schmelztiegels beweglich. Beim Vergiessen von Edelmetallen wird in den Schmelztiegel nur diejenige Menge Rohmaterial eingefüllt, welche zum Füllen einer Gussform notwendig ist. Bei geschlossenem Stopfen wird das Material im Schmelztiegel geschmolzen und bei Erreichen der gewünschten Giesstemperatur durch öffnen des Stop-&ogr; fens abgegossen. Die bekannten Kombinationen von Stopfen und Bodenauslassöffnungen, welche die Auslasseinrichtung bilden, sind dabei so ausgebildet, dass sie eine gute Dichtigkeit während des Schmelzvorganges gewährleisten. Dazu ist das vordere Ende des Stopfens halbkugelförmig oder kegelförmig ausgebildet. Der gegen den Sammelraum für das geschmolzene Material gerichtete Anfang

der Bodenauslassöffnung ist entweder scharfkantig oder mit einer schrägen Kegelfläche versehen.

Bei dieser Ausgestaltung der Bodenauslassöffnung und des vorderen Endes des Stopfens ergeben sich in der Praxis Schwierigkeiten, da sich nach dem öffnen des Stopfens der ausfliessende flüssige Materialstrahl an den Einlaufkanten der Bodenauslassöffnung ablöst und es zu Wirbeln, Strahlkontraktionen und Strömungsabrissen kommt. Dies hat zur Folge, dass die Ausflussgeschwindigkeit und die Ausflussmenge reduziert wird und dadurch die Zeit für das Ausfliessen der

&iacgr;&ogr; benötigten Materialmenge in die Gussform verlängert wird. Zudem besteht die Gefahr, dass durch die Turbulenzen Gas mitgerissen und in das flüssige Metall eingeschlossen wird und von den Wandungen der Bodenauslassöffnung Materialpartikel mitgerissen werden und Verunreinigungen entstehen. Durch die Verlängerung der Abgusszeit ist der Erstarrungsvorgang nicht in allen Bereichen der Gussform gleichartig, und es können sich unterschiedliche Kristallisationsstrukturen und damit Mangel am abgegossenen Objekt bilden. Zudem besteht der Nachteil, dass sich durch die Turbulenzen und Ablösungen in den Wandbereichen am Ende des Giessvorganges erstarrte Metallpartikel anlagern, welche den nachfolgenden Giessvorgang behindern oder die Abdichtung zwischen Stopfen und Bodenauslassöffnung stören. Dies hat zur Folge, dass nach jedem Giessvorgang der Stopfen aus dem Schmelztiegel herausgefahren und der Bodenbereich des Sammelraumes für das geschmolzene Material und die Auslassöffnung überprüft und gereinigt werden müssen, damit der nachfolgende Giessvorgang störungsfrei durchgeführt werden kann. Dadurch entsteht ein zusätzlicher Arbeitsaufwand und Zeitverlust, welcher die Wirtschaftlichkeit derartiger Anlagen reduziert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Auslassvorrichtung für Schmelztiegel zu schaffen, bei welcher das flüssige Material ohne Bildung von Turbulenzen in die Bodenauslassöffnung einfliessen und durch diese ausfliessen kann, 0 und dabei der Flüssigkeitsstrahl den ganzen Querschnitt der Auslassöffnung ausfüllt und mit grösstmöglicher Geschwindigkeit durchströmt. Im weiteren soll verhindert werden, dass sich im Bereich der Bodenauslassöffnung und am vorderen

Ende des Stopfens Materialreste ablagern, und es soll eine möglichst gute Dichtwirkung bei geschlossenem Stopfen erwirkt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Durch die Kombination der zylindrischen Bohrung an der Bodenauslassöffnung mit einem Übergangsbereich, welcher sich gegen den Sammelraum für das geschmolzene Material im Schmelztiegel mit einer gekrümmten Wandfläche erweitert, ergibt sich der Vorteil, dass sich in der Flüssigkeit eine laminare Strömung ausbildet, und dass sich die Strömung an keiner

&iacgr;&ogr; Stelle des Einlaufbereiches von den Wandungen ablöst. Damit werden die Turbulenzen verhindert, und es entstehen keine Strömungsverluste. Diese Optimierung der Strömung wird noch zusätzlich dadurch unterstützt, dass das vordere Ende des Stopfens aus einer kegelförmigen Spitze und einem daran anschliessenden gekrümmten Dichtbereich gebildet ist. Damit bilden sich auch um das vordere Ende des Stopfens optimale Strömungsverhältnisse aus, und bei ganz geöffnetem Stopfen ist sichergestellt, dass der Materialstrom sowohl an der gegen die Aussenflächen gerichteten Seite wie auch an der gegen den Stopfen gerichteten Innenseite vollständig gleichmässig und ohne Turbulenzen strömt. Dabei füllt der Materialstrom in der Bodenauslassöffnung immer den ganzen Querschnitt aus, und es resultieren immer die grösstmöglichen Ausflussgeschwindigkeiten. Dies führt zu erheblich kürzeren Abgusszeiten für eine bestimmte Materialmenge, oder es können in der gleichen Zeit grössere Materialmengen abgegossen werden.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der erfindungsgemässen Auslasseinrichtung bei Kleingiessmaschinen für Edelmetalle, insbesondere entsprechende Vakuum-Giessanlagen. Bei derartigen Giessanlagen kann beispielsweise der Schmelztiegel ein Volumen von ca. 5 cm³ bis etwa 2000 cm³ aufweisen. Die gekrümmte Wandfläche im Übergangsbereich der Auslassöffnung weist dann einen Krümmungsradius von mindestens 2 mm auf, und im Maximum einen Radius, &ogr; welcher um den Faktor zwölf grosser ist als der Radius der Bohrung des zylindrischen Teiles der Auslassöffnung. Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich, wenn die Bodenfläche des Sammelraumes für das geschlossene Material im Schmelztiegel

von der Auslassöffnung gegen den Aussenmantel ansteigt, und der gekrümmte Übergangsbereich kontinuierlich in diese schräge Fläche übergeht. Zweckmässigerweise weist diese schräge Bodenfläche gegenüber einer Horizontalfläche einen Winkel von mindestens 5° auf. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Länge des zylindrischen Bereiches der Auslassöffnung mindestens zweimal so lang ist, wie der Durchmesser dieses zylindrischen Teiles. Die Vorteile des erfindungsgemäss ausgebildeten Stopfens werden erreicht, wenn die kegelförmige Spitze des Stopfens einen Winkel von mindestens 50° bis maximal 140° einschliesst und die an die Kegelspitze anschliessende gekrümmte Dichtfläche einen Radius von

&iacgr;&ogr; mindestens 2 mm und maximal einen Radius aufweist, welcher um den Faktor zwölf grosser ist als die Bohrung des zylindrischen Teiles der Auslassöffnung. Diese Ausführungsform gewährleistet neben den optimalen Strömungsverhältnissen auch eine möglichst geringe Abnutzung des vorderen Endes des Stopfens und an der Dichtfläche der Auslassöffnung durch das strömende Material. Im weiteren wird durch die erfindungsgemässe Formgebung der Bodenauslassöffnung und des vorderen Endes des Stopfens auch eine höhere Sicherheit bezüglich der Dichtigkeit erreicht, da bei geschlossenem Stopfen ein linienförmiger Dichtungsbereich entsteht und bereits bei relativ geringen Schliesskräften des Stopfens im Schliessbereich eine genügend hohe Flächenpressung entsteht. Der Stopfen passt sich auch besser an allfällige geometrische Achsabweichungen an, und er kann sich in der Bodenauslassöffnung nicht festklemmen. Dadurch wird die Betriebssicherheit und die Lebensdauer der Auslasseinrichtung erhöht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Schmelztiegel 1, und zwar den Bodenbereich mit der Bodenauslassöffnung 2 und das untere freie Ende des Stopfens 3. Im Schmelztiegel 1 ist ein Hohlraum vorhanden, welcher einen Sammelraum 6 für geschmolzenes Material bildet. Derartige Schmelztiegel 1 finden insbesondere zum Giessen von 0 Edelmetallen und Leichtmetallen Verwendung, z. B. Gold, Silber, Platin, Aluminium etc. Im dargestellten Beispiel dient der Sammelraum 6 gleichzeitig als Schmelzraum und der Schmelztiegel 1 ist von einer nicht dargestellten Induk-

tionsspule umgeben. Mit Hilfe dieser Induktionsspule wird in den Sammelraum 6 eingefülltes Rohmaterial erwärmt und geschmolzen und auf die notwendige Giesstemperatur erwärmt. Während des Schmelzvorganges ist die Bodenauslassöffnung 2 mittels des Stopfens 3 verschlossen. Unterhalb der Bodenauslassöffnung 2 befindet sich in bekannter Weise eine nicht dargestellte Gussform mit einem Eingusstrichter. Bei den bekannten Giessmaschinen, in welchen derartige Schmelztiegel 1 Anwendung finden, handelt es sich z.B. um eine Vakuum-Giessmaschine für Kleinteile. Das Materialvolumen des Giessobjektes kann dabei im Bereiche von ca. 5 cm³ bis 2000 cm³ liegen. Da es sich insbesondere beim Vergiessen von Edelmetallen um teure Materialien handelt, wird für jeden Giessvorgang genau die Menge Rohmaterial in den Sammelraum 6 des Schmelztiegels 1 eingefüllt, welche für einen nachfolgenden Giessvorgang notwendig ist. Sobald das Rohmaterial im Sammelraum 6 geschmolzen und auf die richtige Giesstemperatur gebracht worden ist, wird der Stopfen 3 geöffnet und das flüssige Material fliesst durch die Bodenauslassöffnung 2 in die Giessform. Dabei ist es wesentlich, dass eine möglichst hohe Ausflussgeschwindigkeit erreicht wird und das flüssige Material den Querschnitt des zylindrischen Bereiches 4 der Bodenauslassöffnung 2 vollständig ausfüllt. Damit lassen sich die grösstmöglichen Volumendurchsätze erreichen. Dazu muss aber sichergestellt sein, dass im Bereiche der Bodenaus-0 lassöffnung 2 und im ringförmigen Durchflusskanal zwischen dem vorderen Ende des Stopfens 3 und dem Beginn der Bodenauslassöffnung 2 keine Turbulenzen auftreten und sich der flüssige Materialstrom nicht von den Wandungen ablöst. Damit wird auch gewährleistet, dass der flüssige Materialstrahl beim Austritt aus der Bodenauslassöffnung 2 bis zum Eintritt in die Giessform einen vollen, ruhigen und gleichmässigen und nicht abgelenkten oder unruhigen Strahl bildet.

Um dies zu erreichen, weist die Bodenauslassöffnung 2 einen zylindrischen Bereich 4 und einen Übergangsbereich 7 auf. Der zylindrische Bereich 4 weist eine Länge auf, welche mindestens das zweifache des Durchmessers dieses zylin-&ogr; drischen Bereiches 4 beträgt. Zwischen dem zylindrischen Bereich 4 der Bodenauslassöffnung 2 und einer Bodenfläche 5 des Sammelraumes 6 ist der Übergangsbereich 7 ausgebildet. Dieser Übergangsbereich 7 divergiert vom zylindri-

sehen Bereich 4 gegen den Sammelraum 6 und weist eine nach innen, bzw. in Richtung der Ausgussachse 9 gekrümmte Wandfläche 8 auf. Die Krümmung dieser Wandfläche 8 ist gleichmässig und entspricht einem Radius von mindestens 2 mm und maximal einem Radius, welcher um den Faktor zwölf grosser ist als der Radius der Bohrung im zylindrischen Bereich 4 der Auslassöffnung 2. Dabei wird die Krümmung der Wandfläche 8 gleichmässig und ohne Stufe einerseits in die Wandung des zylindrischen Bereiches 4 der Bodenauslassöffnung 2 und anderseits in die Bodenfläche 5 des Sammelraumes 6 übergeführt. Die Bodenfläche 5 des Sammelraumes 6 weist zudem eine gegen die Bodenauslassöffnung 2 gerichtete Neigung auf und schliesst gegenüber einer gedachten horizontalen Ebene einen Winkel 18 von mindestens 5° ein. Durch diese Ausgestaltung der Bodenfläche 5 und deren Übergang in die Bodenauslassöffnung 2 ist sichergestellt, dass flüssiges Material, welches in Richtung des Pfeiles 19 fliesst ohne Ablösung von den Wandungen durch die Bodenauslassöffnung 2 strömt und keine Turbulenzen in den Wandbereichen gebildet werden. Als Gegenstück ist der Stopfen am vorderen Ende mit einer kegelförmigen Spitze 10 ausgebildet, welche einen Winkel von mindestens 50° und maximal 140° einschliesst. Stromaufwärts schliesst an diese kegelförmige Spitze 10 am Stopfen 3 ein Dichtbereich 11 an, welcher eine nach aussen gekrümmte Aussenfläche 13 aufweist. Diese Aussenfläche 13 ist mit einem Radius 16 gekrümmt, welcher ebenfalls mindestens 2 mm gross ist, jedoch maximal zwölfmal so gross ist wie der Radius des zylindrischen Bereiches 4 der Bodenauslassöffnung 2. Die Krümmung der Aussenfläche 13 des Dichtbereiches 11 am Stopfen 3 wird gleichmässig und ohne Stufe einerseits in die Mantelfläche der kegelförmigen Spitze 10 und anderseits in die etwa zylindrische Mantelfläche 20 des Stopfens 3 übergeführt. Diese erfindungsgemässe Ausgestaltung stellt auch auf der gegen den Stopfen 3 gerichteten Seite des Materialstromes sicher, dass der flüssige Materialfluss an den Mantelflächen im vorderen Bereich des Stopfens 3 anliegt und keine Turbulenzen im Giessstrahl auftreten. Da bei dieser Art des Giessvorganges keine Mengenregelung notwendig &ogr; ist, wird der Stopfen 3 bei Beginn des Giessvorganges so weit angehoben, dass die maximale Flussgeschwindigkeit des Giessstrahles erreicht wird, und der Stopfen 3 bleibt offen, bis die gewünschte Materialmenge in die Giessform eingeflos-

sen ist. Normalerweise wird dabei der Sammelraum 6 des Schmelztiegels 1 vollständig entleert, es können aber auch Fälle eintreten, bei welchen aus irgendwelchen Gründen die Bodenauslassöffnung 2 vorzeitig verschlossen werden muss.

Die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Auslasseinrichtung am dargestellten Schmelztiegel 1 ermöglicht in jedem Fall ein sicheres Verschliessen der Bodenauslassöffnung 2 durch Absenken des Stopfens 3. Die Berührungsflächen zwischen dem vorderen Ende des Stopfens 3 und dem Übergangsbereich 7 der Bodenauslassöffnung 2 sind wegen der gekrümmten Flächen linienförmig, und es

&igr; &ogr; ergeben sich bereits bei relativ kleinen Anpresskräften des Stopfens 3 genügend grosse Dichtkräfte um die Bodenauslassöffnung 2 sicher zu verschliessen. Zusätzlich ergibt die erfindungsgemässe Form der Bodenauslassöffnung 2 und des vorderen Endes des Stopfens 3 den Vorteil eines Selbstreinigungseffektes so, dass sich an den Wandungen keine Ablagerungen bilden und insbesondere im

is Bereiche zwischen der Dichtlinie zwischen dem Dichtbereich 11 am Stopfen 3 und dem Übergangsbereich 7 der Bodenauslassöffnung 2 und dem Austritt aus der Bodenauslassöffnung 2 keine Rückstände bilden. In diesem Bereich wird die Bodenauslassöffnung 2 vollständig durch den ausströmenden Materialfluss ausgespült. Über dem Dichtbereich im Sammelraum 6 an der Bodenfläche 5 oder am &ogr; Aussenmantel 17 anhaftende Restpartikel werden beim nachfolgenden Schmelzvorgang wieder aufgeschmolzen. Dadurch ergibt sich eine Verbesserung der Qualität und eine höhere Sicherheit zur Vermeidung von Unterbrüchen bei den Giessvorgängen. Trotzdem ist die gewünschte Beschleunigung des Giessvorganges sichergestellt, und es können gegenüber den bekannten konventionellen 5 Auslasseinrichtungen die gleiche Materialmenge in kürzerer Zeit oder in der gleichen Zeit grössere Materialmengen abgegossen werden. Dies führt zu einer höheren Wirtschaftlichkeit der Anlage und auch zu einer Verbesserung der Qualität. Durch die höhere Giessgeschwindigkeit wird der Erstarrungsvorgang in der Giessform gleichmässiger und die Ausbildung von unterschiedlichen Erstarrungs-&ogr; bereichen wird reduziert, wodurch die Qualität der gegossenen Objekte verbessert wird.

Claims

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ANSPRÜCHE

Auslasseinrichtung zu einem Schmelztiegel (1) für eine Vakuum-Giessanlage für Kleinteile, umfassend einen Schmelztiegel (1) mit einer Bodenauslassöffnung (2), in der Form einer zylindrischen Bohrung, und einen Stopfen (3) zum Verschliessen der Bodenauslassöffnung (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenauslassöffnung (2) zwischen dem zylindrischen Bereich (4) und der Bodenfläche des Schmelztiegels (1) einen sich gegen den Sammelraum (6) für das geschmolzene Material im Schmelztiegel (1) erweiternden Übergangsbereich (7) aufweist und die Wandfläche (8) dieses Übergangsbereiches (7) in Richtung der Ausgussachse (9) gekrümmt ausgebildet ist, der Stopfen (3) eine kegelförmige Spitze (10) aufweist, an diese kegelförmige Spitze (10) ein Dichtbereich (11) anschliesst und dieser Dichtbereich (11) in Richtung der Längachse (12) des Stopfens (3) einen Querschnitt mit einer, nach aussen gekrümmten Aussenfläche (13) aufweist.
2. Auslasseinrichtung zu einem Schmelztiegel nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Wandfläche (8) im Übergangsbereich (7) der Auslassöffnung (2) einen Krümmungsradius (14) von mindestens 2 mm aufweist und der Krümmungsradius (14) maximal um den Faktor zwölf grosser ist als der Radius der Bohrung des zylindrischen Teiles (4) der Auslassöffnung (2).
3. Auslasseinrichtung zu einem Schmelztiegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der, von der kegelförmigen Spitze (10) des Stopfens (3) eingeschlossene Winkel (15) mindestens 50° und maximal 140° beträgt.
4. Auslasseinrichtung zu einem Schmelztiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (16) der Aussen-

fläche (13) des gekrümmten Dichtbereiches (11) am Stopfen (3) mindestens 2 mm beträgt und maximal einem Radius entspricht, welcher um den Faktor zwölf grosser ist als der Radius der Bohrung des zylindrischen Teiles (4) der Auslassöffnung (2).
5. Auslasseinrichtung zu einem Schmelztiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge des zylindrischen Teiles (4) der Auslassöffnung (2) zum Durchmesser der Auslassöffnung (2) mindestens dem Faktor zwei entspricht.
6. Auslasseinrichtung zu einem Schmelztiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfläche (5) des Sammelraumes (6) für das geschmolzene Material im Schmelztiegel (1) von der Auslassöffnung (2) gegen den Aussenmantel (17) ansteigt und gegenüber einer Horizontalebene mindestens einen Winkel (18) von 5° aufweist.