EP1079947A1 - Stopfen für den verschluss von metallschmelze aufnehmenden behältnissen - Google Patents

Stopfen für den verschluss von metallschmelze aufnehmenden behältnissen

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EP1079947A1
EP1079947A1 EP99923554A EP99923554A EP1079947A1 EP 1079947 A1 EP1079947 A1 EP 1079947A1 EP 99923554 A EP99923554 A EP 99923554A EP 99923554 A EP99923554 A EP 99923554A EP 1079947 A1 EP1079947 A1 EP 1079947A1
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EP
European Patent Office
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stopper
plug
insert sleeve
plug body
holding rod
Prior art date
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EP99923554A
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English (en)
French (fr)
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EP1079947B1 (de
Inventor
Ian Old Kilpatrick Proudfoot
Stephen John Lee
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Didier Werke AG
Original Assignee
Didier Werke AG
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Publication date
Application filed by Didier Werke AG filed Critical Didier Werke AG
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Publication of EP1079947A1 publication Critical patent/EP1079947A1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/16—Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
    • B22D41/18—Stopper-rods therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/16—Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
    • B22D41/18—Stopper-rods therefor
    • B22D41/186—Stopper-rods therefor with means for injecting a fluid into the melt

Definitions

  • the invention relates to a stopper for the closure of
  • Containers holding molten metal e.g. rod-shaped plug body made of refractory material, which has a hole for the releasable engagement of e.g. has metal support rod for attachment to a lifting mechanism.
  • Such a stopper is known, for example, from EP-A-0358535.
  • a metal insert sleeve at a distance from the upper end of the rod-shaped plug body must be pressed and burned with it and have a threaded bore coaxial to the bore of the plug body, into which a metal holding rod provided with an external thread is to be screwed.
  • this plug is therefore complex and expensive in several respects.
  • a plug as a control valve for spouts in metallurgical Schm 'eizgefä in which the through-hole of the plug body on gaseiniriya furnishen upper end has an annular step.
  • a seal made of temperature-resistant material lies on the step.
  • a metal plug rod protrudes from above into the through hole and lies with an enlarged section on the seal.
  • a cylindrical refractory ceramic sleeve is screwed with an external thread in the upper enlarged section of the through hole into a corresponding internal thread of the plug body and is press-fitted against the retaining ring of the plug rod.
  • the stopper rod projects with its upper free end over the stopper body and is inserted with its free end below the retaining ring over a partial distance into the through hole of the stopper body.
  • This version requires a threaded connection between the ceramic sleeve and the plug body, which complicates the assembly.
  • the object of the present invention is to propose a stopper of the type mentioned at the outset, which is simple in construction, easy to assemble and permanently fixable relative to the lifting mechanism.
  • a stopper of the type mentioned at the outset for example, in that the holding rod has at its fastening end at least two diametrically opposite locking projections projecting radially outward from the circumference of the holding rod, which by corresponding to each other Angularly offset, adjacent to the bore, longitudinal slots of the plug body can be transferred into an axial position in which the holding rod with the locking projections can be rotated relative to the plug body into a position in which the locking projections move axially towards the upper end of the plug body can snap into locking recesses of the plug body which are offset at an angle to one another.
  • a particularly simple embodiment of the invention is realized when the longitudinal slots extend from the upper end of the plug body into a space for rotating the holding rod with the locking projections and the locking recesses open to a downward end face of the plug body.
  • the handle bar can be axially clamped in the locking position with respect to the stopper body.
  • the support rod can have an external thread for receiving a clamping nut, which is suitable for, if necessary, under Support the intermediate layer of a washer, which may have a larger cross section than the tightening nut, on an upper, preferably flat end face of the plug body.
  • a clamping nut which is suitable for, if necessary, under Support the intermediate layer of a washer, which may have a larger cross section than the tightening nut, on an upper, preferably flat end face of the plug body.
  • the holding rod has a longitudinal bore extending into the free space of the stopper body and a longitudinal bore of the plug body for the supply of the gas into the molten metal connects to the free space.
  • the longitudinal bores in flow connection are preferably aligned axially to one another.
  • Locking projections are cone-shaped and positive and / or non-positive, but releasable, can be received in the locking recesses. In this way, a pre-fixation of the support rod in the locking position with respect to the stopper body can already be ensured, so that an axial bracing of the support rod relative to the stopper body may be unnecessary.
  • locking projections there are more than two locking projections, these are arranged at the same angular spacing over the circumference of the holding rod. If, for example, three locking projections are provided, these are at an angular distance of 120 °, instead of 180 ° for two locking projections, so that for the transfer of the support rod into its locking position, only a rotation of the support rod by 60 ° is necessary, since the locking recesses are offset by 60 ° from the then three longitudinal slots in the stopper body.
  • this can be done in a simple manner, for example, by sealing the holding rod on its periphery with respect to the plug body, in particular by means of a temperature-resistant sealing ring, e.g. in the form of a ceramic, compressible fiber seal, between the washer and the plug body.
  • a temperature-resistant sealing ring e.g. in the form of a ceramic, compressible fiber seal
  • a stopper according to the invention for the closure of molten metal receptacles for example with a rod-shaped stopper body made of refractory material and with an insert sleeve in the region of the upper end of the stopper body, which is arranged essentially coaxially therewith and a bore for the releasable Engagement of a metal holding rod for attachment to a lifting mechanism, for example, the insert sleeve has a radial circumferential flange at a distance from the upper end of the stopper body, which is suitable for sealingly resting with its upper end face on an associated downwardly facing annular surface of the stopper body.
  • the insert sleeve is also shaped or molded in during the manufacture of the stopper body, the circumferential flange being located in a corresponding ring recess in the stopper body or occupying a corresponding ring region of the stopper body.
  • the ring area is created when the plug body is fired by burning out a suitable filler material.
  • a temperature-resistant sealing ring for example in the form of a ceramic compressible fiber seal, is provided, for example, embedded in the corresponding refractory material.
  • the insert sleeve is preferably axially movable relative to the stopper body and, as a result, can be clamped such that the upper end face of the peripheral flange lies sealingly against the associated ring surface of the stopper body.
  • the circumferential flange can have a non-circular circumference for engagement in a ring recess of the plug body which is correspondingly non-circular on the outside.
  • the flange flanged at one or more points.
  • a sealing ring e.g. is arranged in the form of a ceramic compressible fiber seal, there is a corresponding surface pressure to increase the tightness while compressing the sealing ring.
  • the insert sleeve be connected to the lower end of the holding rod, e.g. via thread, releasably connectable and the holding rod carries a clamping nut which is accommodated on an external thread and is suitable for supporting itself on the upper end face of the plug body and possibly the insert sleeve, possibly with the interposition of a washer.
  • both the support rod and the plug body can be one in this alternative embodiment of the invention Have longitudinal bore for the supply of gas in the molten metal. As previously discussed, the necessary sealing can be provided.
  • the insert sleeve In order to give the insert sleeve the required cross-sectional dimensions for absorbing the forces occurring when the lifting mechanism is actuated, it is preferably arranged in an optionally enlarged, blind hole-like end section of the longitudinal bore of the plug body, which widens to form the ring recess.
  • the insert sleeve is aligned in its clamping position at its upper end with the upper end of the stopper body or is set back slightly, so that the required degree of sealing of the insert sleeve with respect to the stopper body is achieved in the region of the peripheral flange.
  • additional sealing rings can be provided between the mutually assigned end faces of the plug body on the one hand and the washer or clamping nut on the other and / or insert sleeve on the one hand and washer or clamping nut on the other.
  • the insert sleeve can consist of metal, for example steel, in the usual way. But it is also possible to use them e.g. to produce refractory material, which preferably has higher strength values than the refractory material of the plug body, in order to be able to withstand the tensile and compressive forces acting when the lifting mechanism is actuated.
  • FIG. 1 in a vertical section of an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of the stopper body from direction A of FIG. 1 after removal of the holding rod
  • FIG. 4 is an illustration corresponding to FIG. 1 for an alternative
  • FIG 5 shows a vertical section of the upper section of the plug body after a first manufacturing step of molding the insert sleeve into the plug body.
  • the stopper for the closure of containers holding molten metal has in this case a rod-shaped stopper body 1 made of refractory material.
  • the plug body 1 has an optionally enlarged bore 3 on the end face, which continues essentially coaxially in a longitudinal bore 16, which extends for this gas supply to the molten metal up to the free end of the plug body 1.
  • the bore 3 serves for the releasable engagement of a metal holding rod 4, for example, for attachment to a lifting mechanism (not shown) so that the plug can be used as a valve member of a closure on the bottom of the container holding the molten metal.
  • the Haltesta ⁇ ge 4 has at its lower fastening end 5 two diametrically opposed, from the circumference of the support rod 4 radially outwardly projecting cylindrical peg-shaped locking projections 6.
  • the locking projections 6 can be converted into an axial position by longitudinal slots 7 of the plug body 1 which are offset by 180 ° to one another are, in which the locking projections 6 can be rotated in a space 10 provided below a lower end face 9 of the stopper body 1 with the holding rod 4, in particular into a position in which they have locking recesses 8 open to the lower end face 9 of the insert sleeve 2 are aligned and by pulling the support rod 4 axially upward into these locking recesses 8 and, if necessary, can snap into place. In this way, rotation of the stopper body 1 relative to the holding rod 4 is prevented.
  • stopper body 1 and support rod 4 assume a defined axial position with respect to one another.
  • both parts can be braced axially against one another.
  • the support rod 4 carries an external thread 11 for receiving a clamping nut 12 in any case in an area which protrudes from the plug body 1.
  • the clamping nut 12 is suitable for being supported on the upper end face 14 of the plug body 1 with the interposition of a washer 13.
  • both the plug body 1 and the holding rod 4 have continuous longitudinal bores 3, 16 and 17 for the supply of the gas.
  • the respective bores 3, 6, 17 are in flow connection with one another via the free space 10 and are axially aligned with one another. If there are more than two locking projections 6, these are likewise arranged at the same angular distance over the circumference of the holding rod 4, that is to say, for example, three locking projections 6 at a distance of 120 °.
  • the required tightness is achieved in particular when the holding rod 4 is axially clamped on the stopper body 1 by means of the clamping nut 12.
  • an insert sleeve 2 at a distance from the upper end of the stopper body 1 has a radial recess 27 projecting into an annular recess 27 adjacent to the longitudinal bore 16
  • Circumferential flange 20 which is suitable for sealingly resting with its upper end face 21 on the correspondingly assigned ring surface 23 of the plug body 1.
  • a temperature-resistant sealing ring 19 e.g. in the form of a ceramic compressible fiber seal.
  • the insert sleeve 2 can be axially clamped relative to the plug body 1.
  • the peripheral flange 20 comes to lie in the ring recess 27 of the plug body 1, which has a greater axial height than the peripheral flange 20 itself.
  • this is done in that at the Molding or shaping the insert sleeve 2 from metal or metal-coated ceramic material forms a ring body 26 made of a burn-out material, such as polypropylene, which is arranged directly adjacent to the peripheral flange 20 and has the same outside diameter as this.
  • the ring body 26 When burning the stopper body 1, the ring body 26 is burned out, so that the circumferential flange 20 in the ring recess 27 and thus the insert sleeve 2 in the end section 18 of the longitudinal bore 16 can move axially relative to the stopper body 1 overall.
  • the insert sleeve 2 can be detachably connected to the lower end of the holding rod 4, for example by screwing.
  • the holding rod 4 has an external thread 11 and the insert sleeve 2 has an internal thread 25 in its upper region.
  • a clamping nut 12 can be accommodated on the external thread 11 of the holding rod 4, which is suitable for interposing a U ⁇ teriegringes 13 on the upper Support end face 14, 15 of the plug body 1 or the insert sleeve 2.
  • both the stopper body 1 and the holding rod 4 have continuous longitudinal bores 16, 17 for the supply of a gas into the molten metal.
  • the bores 3, 16, 17 mentioned are in flow connection with one another via the ring recess 27 and are axially aligned with one another.
  • the insert sleeve 2 is arranged in an enlarged blind hole-like upper end section 18 of the longitudinal bore 16 of the stopper body 1, so that the insert sleeve 2 can be given the required cross-sectional dimensioning.
  • the insert sleeve 2 does not need to be made of metal, it can also be formed from metal-coated refractory material and formed together with the remaining part of the stopper body 1, the stopper body 1 in the insert sleeve 2 then preferably made of refractory material of higher quality, ie higher tension - And compressive strength is formed in order to be able to absorb the tensile and compressive forces that occur, which must be transmitted when the lifting mechanism is actuated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stopfen für den Verschluss von Metallschmelze aufnehmenden Behältnissen, mit einem z.B. stangenförmigen Stopfenkörper aus feuerfestem Material, welche eine Bohrung für den lösbaren Eingriff einer z.B. metallenen Haltestange für das Anbringen an einen Hubmechanismus aufweist, wobei die Haltestange an ihrem Befestigungsende wenigstens zwei diametral einander gegenüberliegende, vom Umfang der Haltestange radial nach aussen ragende Verriegelungsvorsprünge aufweist, welche durch entsprechende zueinander winkelversetzte, an die Bohrung angrenzende, Längsschlitze des Stopfenkörpers bis in eine axiale Lage überführbar sind, in welcher die Haltestange mit den Verriegelungsvorsprüngen gegenüber dem Stopfenkörper bis in eine Stellung verdrehbar ist, in welcher die Verriegelungsvorsprünge durch Bewegung in Richtung axial zum oberen Ende des Stopfenkörpers hin in entsprechend zueinander winkelversetzte Arretierungsaussparungen des Stopfenkörpers eintreten können sowie eine dazu alternative Ausführung.

Description

Stopfen für den Verschluß von Metallschmelze aufnehmenden Behältnissen
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung bezieht sich auf einen Stopfen für den Verschluß von
Metallschmelze aufnehmenden Behältnissen, mit einem z.B. stangenförmigen Stopfenkörper aus feuerfestem Material, welche eine Bohrung für den lösbaren Eingriff einer z.B. metallenen Haltestange für das Anbringen an einem Hubmechanismus aufweist.
Ein derartiger Stopfen ist bspw. aus der EP-A-0358535 bekannt. Hierbei muß eine metallene Einsatzhülse in einem Abstand von dem oberen Ende des stangenförmigen Stopfenkörpers verpreßt und mit ihm gebrannt werden sowie eine Gewindebohrung koaxial zu der Bohrung des Stopfenkörpers aufweisen, in welche eine mit Außengewinde versehene metallene Haltestange einzuschrauben ist. Hinsichtlich Fertigung und Montage ist dieser Stopfen daher in mehrfacher Hinsicht aufwendig und teuer.
Bei dem aus der US-A-4791 978 bekannten Stopfen wird ein mit Außengewinde versehenes rohrförmiges Paßstück in eine konische und mit Gegengewinde versehenen Aussparung am oberen Ende des Stopfens unmittelbar eingeschraubt. Eine derartige Befestigung des Stopfens an einer Hubvorrichtung ist problematisch, weil der verbleibende verhältnismäßig dünnwandige Bereich des oberen Endes des Stopfenkörpers den bei Betätigung des Hubmechanismus auftretenden KFäften nicht standhalten kann.
Aus der DE-U-9 109532 ist ein Stopfen als Regelventil für Ausgüsse in metallurgischen Schm'eizgefäßen bekannt, bei welchem die Durchgangsbohrung des Stopfenkörpers am gaseiniaßseitigen oberen Ende eine ringförmige Stufe aufweist. Auf der Stufe liegt eine Dichtung aus temperaturbeständigem Werkstoff. Eine metallene Stopfenstange ragt von oben in die Durchgangsbohrung und liegt mit einem erweiterten Abschnitt auf der Dichtung auf. Eine zylinderförmige feuerfeste keramische Manschette ist mit einem Außengewinde in dem oberen erweiterten Abschnitt der Durchgangsbohrung in ein korrespondierendes Innengewinde des Stopfenkörpers eingeschraubt und unter Preßsitz gegen den Haltering der Stopfenstange festgelegt. Die Stopfenstange überragt mit ihrem oberen freien Ende den Stopfenkörper und ist mit ihrem unterhalb des Halteringes verlaufenden freien Ende über eine Teilstrecke in die Durchgangsbohruπg des Stopfenkörpers eingeführt. Diese Ausführung erfordert eine Gewindeverbindung zwischen der keramischen Manschette und dem Stopfenkörper, welche die Montage erschwert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stopfen der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welcher einfach im Aufbau, leicht montierbar und dauerhaft relativ zu dem Hubmechanismus festlegbar ist.
Diese Aufgabe wird erfiπdungsgemäß bei einem Stopfen der eingangs genannten Art bspw. dadurch gelöst, daß die Haltestange an ihrem Befestigungsende wenigstens zwei diametral einander gegenüberliegende, vom Umfang der Haltestange radial nach außen ragende Verriegelungsvorsprünge aufweist, welche durch entsprechende zueinander winkelversetzte, an die Bohrung angrenzende, Längsschlitze des Stopfenkörpers bis in eine axiale Lage überführbar sind, in welcher die Haltestange mit den Verriegeluπgsvorsprüngen gegenüber des Stopfenkörpers bis in eine Stellung verdrehbar ist, in welcher die Verriegelungsvorsprünge durch Bewegung in Richtung axial zum oberen Ende des Stopfenkörpers hin in entsprechend zueinander winkelversetzte Arretierungsaussparungen des Stopfenkörpers einrasten können.
Auf diese Weise ist eine einfache und schnelle Montage der Haltestange an dem Stopfenkörper möglich, ebenso wie eine Demontage bei Verschleiß oder Defekt des letzteren. Eine Einsatzhülse ist entbehrlich. Die Haltestange braucht bei Montage und Demontage gegenüber dem Stopfenkörper nur um einen geringen Winkel von bspw. 90° verdreht zu werden, um mit den Verriegelungsvorsprüngen in den nach unten stirnseitig offenen Verriegelungsaussparungen eingreifen zu können. Ein aufwendiges Verschrauben der beiden Teile mit einer temperatur- und schmutzanfälligen Gewindeverbindung ist ebenfalls vermieden.
Eine besondere einfache Ausgestaltung der Erfindung ist dann verwirklicht, wenn die Längsschlitze von dem oberen Ende des Stopfenkörpers bis in einen Freiraum für das Verdrehen der Haltestange mit den Verriegelungsvorsprüngen reichen und die Arretierungsaussparungen sich zu einer nach unten weisenden Stirnfläche des Stopfenkörpers öffnen.
Um einen festen Sitz des Stopfenkörpers an der Haltestange trotz für die Leichtgängigkeit der Montage eingehaltener Toleranzen zu gewährleisten, ist bei einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens die Haitestange in Verriegelungsstellung gegenüber dem Stopfenkörper axial verspannbar.
Zu diesem Zweck kann die Haltestange ein Außengewinde für die Aufnahme einer Festspannmutter aufweisen, welche dazu geeignet ist, sich ggf. unter Zwischenlage eines Unterlegringes, welcher einen größeren Querschnitt als die festspannende Mutter haben' kann, an einer oberen, vorzugsweise ebenen Stirnfläche des Stopfenkörpers abzustützen. Auf diese Weise wird durch Anziehen der Festspannmutter die Haltestange mit ihren Verriegelungsvorsprüngen in die Arretierungsaussparungen bis zum Anschlag gezogen. Wenn das obere Ende des Stopfenkörpers eine obere Stirnfläche aufweist, kann sich die Festspannmutter bzw. der Unterlegring vollflächig abstützen.
Für den Fall, daß der Stopfen auch eine Zuführung von Gas in die Metallschmelze, bspw. von Argongas, zur Beseitigung von nicht-metallischen Einschlüssen und zur Vermeidung der Aluminiumoxid-Bildung, weist die Haltestange eine bis in den Freiraum des Stopfenkörpers reichende Längsbohrung auf und an dem Freiraum schließt eine Längsbohrung des Stopfenkörpers für die Zuführung des Gases in die Metallschmelze an. Die in Strömungsverbindung stehenden Längsbohrungen sind dabei vorzugsweise axial zueinander ausgerichtet.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die
Verriegelungsvorsprünge zapfenartig ausgebildet und form- und/oder kraftschlüssig, aber lösbar, in den Arretierungsaussparungen aufnehmbar. Auf diese Weise kann bereits eine Vorfixierung der Haltestange in der Verriegelungsstellung gegenüber dem Stopfenköφer gewährleistet werden, so daß ein axiales Verspannen der Haltestange gegenüber dem Stopfenkörper ggf. entbehrlich ist.
Bei mehr als zwei Verriegelungsvorsprüngen sind diese in gleichem Winkelabstand über den Umfang der Haltestange verteilt angeordnet. Werden bspw. drei Verriegelungsvorsprünge vorgesehen, so befinden sich diese in einem Winkelabstand von 120°, statt 180° bei zwei Verriegelungsvorsprüngen, so daß zur Überführung der Haltestange in ihre Verriegelungsstelluπg lediglich eine Verdrehung der Haltestange um 60° erforderlich ist, da sich die Arretierungsaussparungen, um jeweils 60° gegenüber den dann drei Längsschlitzen versetzt in dem Stopfenköφer befinden.
Für den Fall der Gaszuführung ist es zweckmäßig, unerwünschten Gasaustritt zu vermeiden. Dies kann erfindungsgemäß auf einfache Weise bspw.dadurch erfolgen, daß die Haltestange an ihrem Umfang gegenüber dem Stopfenköφer abgedichtet ist, insbesondere mittels eines temperaturbeständigen Dichtungsringes, z.B. in Form einer keramischen, kompressiblen Faserdichtung, zwischen Unterlegring und Stopfenköφer.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Stopfens für den Verschluß von Metallschmelze aufnehmenden Behältnissen, mit einem zum Beispiel stangenförmigen Stopfenköφer aus feuerfestem Material und mit einer Einsatzhülse im Bereich des oberen Endes des Stopfenkörpers, welche mit diesem im wesentlichen koaxial angeordnet ist und eine Bohrung für den lösbaren Eingriff einer zum Beispiel metallenen Haltestange für das Anbringen an einem Hubmechanismus aufweist, weist die Einsatzhülse im Abstand von dem oberen Ende des Stopfenköφers einen radialen Umfangsfiansch auf, welcher geeignet ist, mit seiner oberen Stirnfläche dichtend an einer zugeordneten nach unten weisenden Ringfiäche des Stopfenkörpers anzuliegen. Die Einsatzhülse wird bei der Herstellung des Stopfenkörpers mitgeformt bzw. mit eingeformt, wobei der Umfangsfiansch in einer entsprechenden Ringaussparung des Stopfenkörpers zu liegen kommt bzw. einen entsprechenden Ringbereich des Stopfenkörpers einnimmt. Der Ringbereich entsteht beim Brennen des Stopfenkörpers durch Ausbrand eines geeigneten Füllmaterials.
Für den Fall der Gaszufuhr kann zwischen der oberen Stirnfläche des
Umfangsflanschs und der zugeordneten Ringfläche des Stopfenkörpers ein temperaturbeständiger Dichtungsring, z.B. in Form einer keramischen kompressiblen Faserdichtung, vorgesehen, bspw. in das entsprechende Feuerfestmaterial eingebettet sein. Vorzugsweise ist hierbei die Einsatzhülse relativ zu dem Stopfenköφer axial beweglich und infolgedessen veFspannbar, derart, daß sich die obere Stirnfläche des Umfangsflanschs dichtend gegen die zugeordnete Ringfläche des Stopfenköφers legt.
Der Umfangsflunsch kann zur Verdrehsicherung der Einsatzhülse relativ zu dem Stopfenköφer einen unrunden Umfang zum Eingriff in eine außen entsprechend unrunde Ringaussparung des Stopfenkörpers aufweisen. So kann der Flansch z.B. an einer oder mehreren Stellen abgefianscht sein.
Wenn in bzw. an der oberen Stirnfläche des Umfangsflanschs und/oder der zugeordneten Ringfläche des Stopfenköφers ein Dichtungsring, z.B. in Form einer keramischen kompressiblen Faserdichtung, angeordnet ist, entsteht eine entsprechende Flächenpressung zur Erhöhung der Dichtigkeit unter Kompression des Dichtungsringes.
Zum Verspannen der Einsatzhülse gegenüber dem Stopfenkörper wird bei dieser Ausführung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Einsatzhülse mit dem unteren Ende der Haltestange, z.B. über Gewinde, lösbar verbindbar und die Haltestange eine auf ein Außengewinde aufgenommene Festspannmutter trägt, welche dazu geeignet ist, sich, ggf. unter Zwischenlage eines Unterlegrings, an der oberen Stirnfläche des Stopfenkörpers und ggf. der Einsatzhülse abzustützen. Nachdem die Haltestange mit der Einsatzhülse, ggf. durch Verschrauben oder sonstiges Verriegeln, axial fest verbunden ist, bewirkt ein Anziehen der Festspannmutter und deren Abstützen auf der Oberseite des Stopfenkörpers ein nach Obenziehen der Einsatzhülse relativ zu dem Stopfenkörper, bis die obere Stirnfläche des Umfangsflanschs, ggf. unter Zwischenlage des Dichtungsringes, an der unteren Ringfläche des Stopfenkörpers dichtend angepreßt anliegt.
Für den Fall der Gaszuführung können auch bei dieser alternativen Ausführung der Erfindung sowohl die Haltestange als auch der Stopfenkörper eine Längsbohrung für die Zuführung des Gases in die Metallschmelze aufweisen. Für die erforderliche Abdichtung' kann, wie bereits erörtert, gesorgt werden.
Um der Einsatzhülse die erforderliche Querschnittsdimensionierung für die Aufnahme der bei Betätigung des Hubmechanismus auftretenden Kräfte zu geben, ist sie vorzugsweise in einem ggf. erweiterten, sacklochartigen Endabschnitt der Längsbohrung des Stopfeπköφers angeordnet, welche sich zu der Ringaussparung erweitert.
Gemäß einer weiteren Ausführung fluchtet die Einsatzhülse in ihre Einspannlage an ihrem oberen Ende mit dem oberen Ende des Stopfenköφers oder ist geringfügig zurückgesetzt, so daß das erforderliche Maß an Abdichtung der Einsatzhülse gegenüber dem Stopfeπköφer im Bereich des Umfangsflanschs erzielt wird. Für einen Toleranzausgleich und zur weiteren Abdichtung können zusätzliche Dichtungsringe zwischen den einander zugeordneten Stirnflächen von Stopfenköφer einerseits und Unterlegscheibe bzw. Festspannmutter andererseits und/oder Einsatzhülse einerseits und Unterlegscheibe bzw. Festspannmutter andererseits vorgesehen sein.
Die Einsatzhülse kann in üblicher Weise aus Metall, bspw. Stahl bestehen. Es ist aber auch möglich, sie aus z.B. feuerfesten Material herzustellen, welches vorzugsweise höhere Festkeitswerte aufweist als das Feuerfestmaterial des Stopfenkörpers, um den bei Betätigung des Hubmechanismus einwirkenden Zug- und Druckkräften standhalten zu können.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen:
Fig. 1 in einem vertikalen eiischnitt einervdie Erfindung aufweisenden
Stopfen gemäß einer ersten Ausführung,
Fig.2 eine Draufsicht des Stopfenköφers aus Richtung A von Fig. 1 nach Abnahme der Haltestange,
Fig. 3a und 3b um 90° versetzte Vertikalschnitte einer erfindungsgemäßen
Haltestange mit Verriegelungsvorsprüngen,
Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 für eine alternative
Ausführung der Erfindung, und
Fig. 5 einen Vertikalschnitt des oberen Abschnittes des Stopfenkörpers nach einem ersten Herstellungsschritt der Einformung der Einsatzhülse in den Stopfenköφer.
Gemäß den Fig. 1 bis 3b weist der Stopfen für den Verschluß von Metallschmelze aufnehmenden Behältnissen einen in diesem Fall stangenförmigen Stopfenköφer 1 aus feuerfestem Material auf. Der Stopfenkörper 1 hat eine stirnseitige ggf. erweiterte Bohrung 3, welche sich im wesentlichen koaxial in einer Längsbohrung 16 fortsetzt, welche für diese Gaszufuhr zur Metallschmelze bis zum freien Ende des Stopfenkörpers 1 reicht. Die Bohrung 3 dient dem lösbaren Eingriff einer z.B. metallenen Haltestange 4 für das Anbringen an einem (nicht dargestellten) Hubmechanismus, damit der Stopfen als Ventiiglied eines Verschlusses am Boden des Metallschmelze aufnehmenden Behältnisses eingesetzt werden kann. Die Haltestaπge 4 hat an ihrem unteren Befestigungsende 5 zwei diametral einander gegenüberliegende, vo Umfang der Haltestange 4 radial nach außen ragende zylinderzapfenartig ausgebildete Verriegelungsvorsprünge 6. Die Verriegelungsvorsprünge 6 können durch entsprechend um 180° zueinander versetzte Längsschlitze 7 des Stopfenköφers 1 bis in eine axiale Lage überführt werden, in weicher die Verriegelungsvorsprünge 6 in einem sich unterhalb einer unteren Stirnfläche 9 des Stopfenköφers 1 vorgesehenen Freiraum 10 mit der Haltestange 4 verdrehen lassen, und zwar insbesondere bis in eine Stellung, in welcher sie mit zur unteren Stirnseite 9 der Einsatzhülse 2 offenen Arretierungsaussparungen 8 ausgerichtet sind und durch Ziehen der Haltestange 4 axial nach oben in diese Arretierungsaussparungen 8 eintreten und ggf. einrasten können. Auf diese Weise ist ein Verdrehen des Stopfenköφers 1 relativ zu der Haltestange 4 verhindert. Außerdem nehmen Stopfenköφer 1 und Haltestange 4 eine definierte axiale Stellung zueinander ein.
In der in Fig. 1 veranschaulichten Stellung der Haltestange 4 relativ zu dem Stopfenköφer 1 lassen sich beide Teile axial gegeneinander verspannen. Zu diesem Zweck trägt die Haltestange 4 ein Außengewinde 11 für die Aufnahme einer Festspannmutter 12 jedenfalls in einem Bereich, welcher aus dem Stopfenköφer 1 herausragt. Die Festspannmutter 12 ist dazu geeignet, sich unter Zwischenlage eines Unterlegringes 13 an der oberen Stirnfläche 14 des Stopfenkörpers 1 abstützen.
Für die Zuführung von Gas, wie Argon, in die Metallschmelze, weisen sowohl der Stopfenkörper 1 als auch die Haltestange 4 durchgehende Längsbohrungen 3, 16 bzw. 17 für die Zuführung des Gases auf. Die jeweiligen Bohrungen 3, 6, 17 stehen über den Freiraum 10 in Strömungsverbinduπg zueinander und sind axial zueinander ausgerichtet. Bei mehr als zwei Verriegelungsvorsprüngen 6 sind diese ebenfalls in gleichem Winkelabstand über den Umfang der Haltestange 4 verteilt angeordnet, also bspw. drei Verriegelungsvorsprünge 6 im Abstand von 120°. Dem entspricht dann auch die Anzahl und Anordnung der Längsschlitze 7 des Stopfenköφers 1 sowie die jeweils um die Hälfte des Winkelabstandes der Längsschlitze 7 versetzte Anordnung der Arretierungsaussparungen 8, in welche die Verriegeiungsvorsprünge 6 form- und/oder kraftschlüssig eingreifen.
Zur Abdichtung der Gaszufuhr nach außen können temperaturbeständige Dichtungsringe 19, z.B. in Form einer keramischen kompressiblen Faserdichtung, zwischen Unteriegring 13 und Stopfenköφer 1 vorgesehen sein. Die erforderliche Dichtigkeit wird insbesondere beim axialen Festspannen der Haltestange 4 an dem Stopfenköφer 1 mittels der Festspannmutter 12 erzielt.
Bei der in den Fig. 4 und 5 veranschaulichten alternativen Ausführung eines erfindungsgemäßen Stopfens weist eine Einsatzhülse 2 im Abstand von dem oberen Ende des Stopfenköφers 1 einen radialen in einem an die Längsbohrung 16 angrenzende Ringaussparung 27 hineinragenden
Umfangsfiansch 20 auf, welcher geeignet ist, mit seiner oberen Stirnfläche 21 dichtend an der entsprechend zugeordneten Ringfläche 23 des Stopfenkörpers 1 anzuliegen. Zwischen der oberen Stirnfläche 21 des Umfangsflanschs 20 und der zugeordneten Ringfläche 23 des Stopfenköφers 1 ist ein temperatur- beständiger Dichtungsring 19, z.B. in Form einer keramischen kompressiblen Faserdichtung, vorgesehen.
In dem dargestellten Fall ist die Einsatzhülse 2 relativ zu dem Stopfenkörper 1 axial verspanπbar. Zu diesem Zweck wird bei der Herstellung (vgl. Fig. 5) sichergestellt, daß der Umfangsfiansch 20 in die Ringaussparung 27 des Stopfenkörpers 1 zu liegen kommt, welche eine größere axiale Höhe hat, als der Umfangsfiansch 20 selbst. Praktisch geschieht dies dadurch, daß beim Einformen oder Mitformen der Einsatzhüise 2 aus Metall oder metallummantelten keramischem Material ein Riπgkörper 26 aus einem ausbrennbaren Material, wie Polyprophylen, mit eingeformt wird, welcher unmittelbar benachbart am Umfangsfiansch 20 angeordnet ist und den gleichen Außendurchmesser wie dieser aufweist. Beim Brennen des Stopfenköφers 1 wird der Ringköφer 26 ausgebrannt, so daß sich der Umfangsfiansch 20 in der Ringaussparung 27 und damit die Einsatzhülse 2 in dem Endabschnitt 18 der Längsborhung 16 insgesamt axial relativ zu dem Stopfenköφer 1 bewegen kann.
Auf der dem Ringköφer 26 zugewandten und damit oberen Stirnfläche 21 des Umfangsflansches 2 befindet sich der kompressible Dichtungsring 19, welcher beim Verspannen der Haltestange 4 mit der Einsatzhülse 2 und damit dem Stopfenköφer 1 zwischen der oberen Stirnfläche 21 des Umfangsflanschs 20 und der oberen Ringfläche 23 des Stopfenköφers 1 zusammengepreßt wird.
Zum Verspannen der Einsatzhüise 2 gegenüber dem Stopfenköφer 1 ist die Einsatzhülse 2 mit dem unteren Ende der Haltestange 4, z.B. durch Verschrauben, lösbar verbindbar. Zu diesem Zweck hat die Haltestange 4 ein Außengewinde 11 und die Einsatzhülse 2 in ihrem oberen Bereich ein Innengewinde 25. Auf das Außengewinde 11 der Haitestange 4 kann eine Festspannmutter 12 aufgenommen werden, welche dazu geeignet ist, sich unter Zwischenlage eines Uπteriegringes 13 an der oberen Stirnfläche 14, 15 des Stopfenkörpers 1 bzw. der Einsatzhülse 2 abzustützen. Durch Anziehen der Festspannmutter 12 wird also die Einsatzhülse 2 relativ zu dem Stopfenkörper 1 axial nach oben gezogen, bis die Einsatzhülse 2 entweder mit ihrem Umfangsfiansch 20 an der oberen, die Ringaussparung 27 des Stopfenkörpers 1 begrenzenden Stirnfläche 23, ggf. unter Zwischeπlage des Dichtungsringes 19, oder mit ihrer oberen Stirnfläche 15 an dem Unterlegring 13 bzw. der Festspannmutter 12 anschlägt. Dabei können zwischen den letztgenannten Teilen ebenfalls Dichtungsringe in Form von keramischen kompressiblen Faserdichtungen vorgesehen sein. Neben der Einsatzhülse 2 weisen sowohl der Stopfenköφer 1 als auch die Haltestange 4 durchgehende Längsbohrung 16, 17 für die Zuführung eines Gases in die Metallschmelze auf. Die genannten Bohrungen 3, 16, 17 stehen über die Ringaussparung 27 in Strömungsverbindung zueinander und sind axial zueinander ausgerichtet.
Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich, ist die Einsatzhülse 2 in einem erweiterten sacklochartigen oberen Endabschnitt 18 der Längsbohrung 16 des Stopfenköφers 1 angeordnet, so daß der Einsatzhülse 2 die erforderliche Querschnittsbemessung gegeben werden kann. Die Einsatzhülse 2 braucht nicht aus Metall zu bestehen, sie kann auch aus metallummantelten feuerfestem Material gebildet sein und zusammen mit dem übrigen Teil des Stopfenköφers 1 geformt werden, wobei der Stopfenköφer 1 dann im Bereich der Einsatzhülse 2 vorzugsweise aus Feuerfestmaterial höherwertiger Qualität, d.h. höhere Zug- und Druckfestigkeit gebildet ist, um die auftretenden Zug- und Druckkräfte aufnehmen zu können, welche bei Betätigung des Hubmechanismus übertragen werden müssen.
Bezugszeichenliste:
1 Stopfenköφer 2 Einsatzhüise
3 Bohrung des Stopfenköφers 1
4 Haltestange
5 Befestigungsende der Haltestange 4
6 Verriegelungsvorsprünge der Haltestange 4 7 Längsschlitze
8 Arretierungsaussparungen
9 untere Stirnfläche des Stopfenköφers 1 0 Freiraum 1 Außengewinde der Haltestange 4 2 Festspannmutter 3 Unterlegring 4 obere Stirnfläche des Stopfenkörpers 1 5 innerer Stirnflächenbereich 6 Längsbohrung des Stopfenköφers 1 7 Längsbohrung der Haltestange 4 8 Endabschnitt der Längsbohrung 16 9 Dichtungsring 0 Umfangsfiansch 1 obere Stirnfläche des Umfangsflanschs 20 2 untere Stirnfläche des Umfangsflanschs 20 3 obere Ringfläche des Stopfenkörpers 1 4 untere Ringfläche des Stopfenkörpers 1 5 Innengewinde der Einsatzhüise 2 6 Ringköφer 7 Ringaussparung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e:
1. Stopfen für den Verschluß von Metallschmelze aufnehmenden
Behältnissen, mit einem z.B. stangenförmigen Stopfenköφer (1) aus feuerfestem Material, weiche eine Bohrung (3) für den lösbaren Eingriff einer z.B. metallenen Haltestange (4) für das Anbringen an einem
Hubmechanismus aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestange (4) an ihrem Befestigungsende (5) wenigstens zwei diametral einander gegenüberliegende, vom Umfang der Haitestange (4) radial nach außen ragende Verriegeiungsvorsprünge (6) aufweist, welche durch entsprechende zueinander winkelversetzte, an die Bohrung (3) angrenzende, Längsschlitze (7) des Stopfenköφers (1) bis in eine axiale Lage überführbar sind, in welcher die Haltestange (4) mit den Verriegelungsvorsprüngen (6) gegenüber dem Stopfenköφer bis in eine Stellung verdrehbar ist, in welcher die Verriegelungsvorsprünge (6) durch Bewegung in Richtung axial zum oberen Ende des Stopfenkörpers (1 ) hin in entsprechend zueinander winkel versetzte Arretierungsaussparungen (8) des Stopfenkörpers (3) eintreten können.
2. Stopfen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Längsschlitze (7) von dem oberen Ende des Stopfenkörpers (1 ) bis in einen Freiraum (10) für das Verdrehen der Haltestange (4) mit den
Verriegelungsvorsprüngen (6) reichen und die Arretierungsaussparungen (8) sich zu einer nach unten weisenden
Stirnfläche (9) des Stopfenkörpers (1 ) der Einsatzhülse (2) hin öffnen.
3. Stopfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestange (4) in Verriegelungsstellung gegenüber dem Stopfenköφer (1 ) axial verspannbar ist.
4. Stopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestange (4) ein Außengewinde (11 ) für die Aufnahme einer Festspannmutter (12) aufweist, welche dazu geeignet ist, sich, ggf. unter
Zwischenlage eines Unterlegringes (13), an einer oberen, vorzugsweise ebenen Stirnfläche (14) des Stopfenköφers (1) abzustützen.
5. Stopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestange (4) eine bis in den Freiraum (10) des Stopfenköφers (1 ) reichende Längsbohrung (17) aufweist und sich an den Freiraum (10) eine Längsbohrung (16) des Stopfenkörpers (1 ) für die Zuführung eines Gases in die Metallschmelze anschließt.
6. Stopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorsprünge (6) zapfenartig ausgebildet und form- und/oder kraftschlüssig in den Arretierungsaussparungen (8) aufnehmbar sind.
7. Stopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als zwei Verriegelungsvorsprüngen (6) diese in gleichem Winkelabstand über den Umfang der Haltestange (4) verteilt angeordnet sind.
- 8. Stopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestange (4) an ihrem Umfang gegenüber dem Stopfenköφer (1) abgedichtet ist, insbesondere mitteis eines temperaturbeständigen s Dichtungsringes (19), z.B. in Form einer keramischen Faserdichtung, zwischen Unte'riegring (13) und Stopfenköφer (1).
9. Stopfen für den Verschluß von Metallschmelze aufnehmenden Behältnissen, mit einem zum Beispiel stangenförmigen Stopfenköφer (1 ) aus feuerfestem Material und mit einer Einsatzhülse (2) im Bereich des oberen Endes des Stopfenkörpers (1), welche mit diesem im wesentlichen koaxial angeordnet ist und eine Bohrung (3) für den lösbaren Eingriff einer zum Beispiel metallenen Haitestange (4) für das Anbringen an einem Hubmechanismus aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzhülse (2) im Abstand von dem oberen Ende des Stopfenköφers (1) einen radialen Umfangsfiansch (20) aufweist, welcher geeignet ist, mit seiner oberen Stirnfläche (21 ) dichtend an einer zugeordneten nach unten weisenden Ringfläche (23) des Stopfenköφers (1 ) anzuliegen.
10. Stopfen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der oberern Stirnfläche (21 ) des Umfangsflanschs (20) und der zugeordneten Riπgfiäche (23) des Stopfenkörpers (1 ) ein temperaturbeständiger Dichtungsring (19), z.B. in Form einer keramischen Faserdichtung, vorgesehen ist.
11. Stopfen nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzhüise (2) relativ zu dem Stopfenköφer (1) axial verspannbar ist, derart, daß sich die obere Stirnfläche (21 ) des
Umfangsflanschs (20) dichtend gegen die zugeordnete Ringfläche (23) des Stopfenköφers (1) legt.
12. Stopfen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsfiansch (20) einen unrunden Umfang zum Eingriff in eine außen entsprechend unrunde Ringaussparung (27) des Stopfenköφers (1 ) aufweist.
13. Stopfen nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in bzw. an der oberen Stirnfläche (21 ) des Umfangsflanschs (20) und/oder der zugeordneten Ringfläche (23) des Stopfenköφers (1 ) ein Dichtungsring (19), z.B. in Form einer keramischen Faserdichtung, angeordnet ist.
14. Stopfen nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verspannen der Einsatzhülse (2) gegenüber dem Stopfenkörper (1 ) die Einsatzhülse (2) mit dem unteren Ende der
Haitestange (4), z.B. über Gewinde (11 , 25), lösbar verbindbar ist und die Haltestange (4) eine auf ein Außengewinde (11 ) aufgenommene Festspannmutter (12) trägt, welche dazu geeignet ist sich, ggf. unter Zwischenlage eines Unterlegringes (13), an der oberen Stirnfläche (14, 15) des Stopfenkörpers (1 ) und ggf. der Einsatzhülse (2) abzustützen.
15. Stopfen nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Einsatzhülse (2) sowohl der Stopfenkörper (1) als auch die Haltestange (4) eine Längsbohrung (16, 17) für die Zuführung eines
Gases in die Metallschmelze aufweisen.
16. Stopfen nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzhüise (2) in einem ggf. erweiterten, sacklochartigen
Endabschnitt (18) der Längsbohrung (16) des Stopfenköφers (1) angeordnet ist, welche sich zu der Ringaussparung (27) erweitert.
17. Stopfen nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzhülse (2) in ihrer Einspannlage mit ihrem oberen Ende bis dicht unterhalb an das obere Ende des Stopfenkörpers (1) reicht.
18. Stopfen nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzhülse (2) aus einem feuerfesten Material besteht, welches vorzugsweise eine höhrere Festigkeit als das Feuerfestmaterial des Stopfenkörpers (1 ) aufweist.
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