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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ausgussstein zum Auslassen einer Schmelze aus einem Kessel eines Gießofens und einen Schwerkraftgießofen mit dem Ausgussstein.
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Die
DE 726 734 A offenbart einen Ausgussstein gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, den bekannten Ausgussstein zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Ausgussstein zum Auslassen einer Schmelze aus einem Kessel eines Gießofens einen in einen aus dem Kessel herausführenden Auslass des Gießofens einsetzbaren Grundkörper mit einer den Grundkörper durchdringenden Auslassbohrung, durch die die Schmelze den Kessel passieren kann und Mittel zum Erzeugen eines Strudels in der die Auslassbohrung passierenden Schmelze.
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Dem angegebenen Ausgussstein liegt anhand analoger Überlegungen an einer Flasche die Überlegung zugrunde, dass eine Flüssigkeit, die aus der Flasche mit einem Drehimpuls versehen ausgelassen wird, die Flasche radial zum Flaschenauslass gesehen beruhigter verlässt. Durch den angegebenen Ausgussstein lässt sich eine Schmelze daher beruhigter in eine Gießform ausgeben, wodurch sich die Qualität des zu fertigenden Werkstückes deutlich steigern lässt.
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In erfindungsgemäßer Weiterbildung des angegebenen Ausgusssteins umfassen die Mittel zum Erzeugen des Strudels eine Helix, die an einer Wand der Auslassbohrung ausgebildet ist. Durch die Helix lässt sich der Strudel ganz ohne weitere technische Mittel erzeugen, wodurch sich der Gedanke im angegebenen Ausgussstein durch einfache und kostengünstige Formgebungsverfahren umsetzen lässt.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung des angegebenen Ausgusssteines besitzt die Helix einen Anstiegswinkel zwischen 30° und 60°, vorzugsweise 45°. In diesem Bereich für den Anstiegswinkel wird die Schmelze in Umfangsrichtung der Auslassbohrung schnell genug beschleunigt, um die Schmelze ausreichend zu beruhigen, allerdings wird eine ausreichende Geschwindigkeit in axialer Richtung der Auslassbohrung beibehalten, dass die Schmelze immer noch mit einer ausreichenden axialen Geschwindigkeit aus dem Schmelzofen ausgelassen wird.
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In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Ausgusssteines ist die Helix aus einer in die Wand eingeformten Nut gebildet. Die Nut lässt sich in der Wand stabil einformen und halten, ohne dass weitergehende Stabilisierungsmaßnahmen getroffen werden müssten.
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In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Ausgusssteines besitzt die Nut eine Breite, die zwischen 25% und 50%, vorzugsweise 33% einer Ganghöhe der Helix beträgt. Ferner kann die Nut eine Breite besitzen, die zwischen 35% und 140%, vorzugsweise 70% eines Durchmessers der Auslassbohrung beträgt. Auf diese Weise lässt sich in der Nut genug Schmelze aufnehmen, um dieser einen ausreichenden Drehimpuls in Umfangsrichtung der Auslassbohrung zu geben.
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In einer noch anderen Weiterbildung des angegebenen Ausgusssteines ist die Nut in einem Radialschnitt der Auslassbohrung gesehen kreissegmentförmig ausgebildet. Auf diese Weise werden Ecken und Kanten in der Nut vermieden, in der sich Schmelze absetzen und den wirksamen Querschnitt der Nut reduzieren kann.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung des angegebenen Ausgusssteines besitzt der Grundkörper einen in die Auslassbohrung einlaufenden Trichter. Über diesen lässt sich die Schmelze in einer Auslassrichtung gesehen vor der Auslassbohrung in Rotation versetzen, was die Strudelwirkung weiter steigert.
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In einer weiteren Weiterbildung besitzt die Auslassbohrung eine Länge, die zwischen 200% bis 900%, vorzugsweise 450% eines Durchmessers der Auslassbohrung beträgt. Innerhalb dieser Dimensionen ist ausreichend Raum in der Auslassbohrung vorhanden, damit die Strudelwirkung eine Beruhigung der Schmelze beim Austritt aus dem Schmelzofen bewirken kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Schwerkraftgussofen einen Kessel zur Aufnahme einer Schmelze, einen Auslass zum Auslassen der Schmelze aus dem Kessel und einen in den Auslass eingesetzten Ausgussstein nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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Zwar lässt sich die Strudelwirkung grundsätzlich an jedem beliebigen Gießofen erzeugen, allerdings ist der Einsatz der Strudelwirkung an einem Schwerkraftgießofen besonders effektiv.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise wie diese erreicht werden, werden verständlicher im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Gießanlage mit einem Gießofen,
- 2 den Gießofen aus 1 in einer perspektivischen Ansicht,
- 3 den Gießofen aus 1 in einer Schnittansicht,
- 4 eine perspektivische Ansicht eines Ausgusssteines in dem Gießofen der 2 und 3, und
- 5a bis 5c den Ausgussstein der 4 in einer Dreitafelansicht.
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In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben. Die Figuren sind rein schematisch und geben vor allem nicht die tatsächlichen geometrischen Verhältnisse wieder.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine Gießanlage 2 mit einem Gießofen 4 in einer perspektivischen Ansicht zeigt.
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Der Gießofen 4 erzeugt in einer noch zu beschreibenden Weise eine Schmelze 5, mit der sich Gießformen 6 befüllen lassen, um Werkstücke zu gießen. Jede Gießform 6 besitzt eine Einlassöffnung 7, über die sich die Schmelze 5 aus dem Gießofen 4 in einen Formraum 8 der jeweiligen Gießform 6 einfüllen lässt.
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Die Gießformen 6 sind auf Wagen 12 in einer Fahrtrichtung 14 fahrbar getragen und lassen sich so unter einer Gießschnauze 16 des Gießofens 4 hinwegbewegen. Zur Fortbewegung weist jeder Wagen 12 ein auf Rädern 18 getragenes Gestell 20 auf, auf dem je eine Gießform getragen ist. Da es auf den Aufbau der Wagen 12 zum Verständnis der vorliegenden Ausführung nicht weiter ankommt, soll auf eine tiefergehende Erläuterung der Übersichtlichkeit halber verzichtet werden.
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Weitere Details des Gießofens 4 werden nachstehend unter Hinzuziehung der 2 und 3 beschrieben.
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Der Gießofen 4 besitzt ein Zufuhrsiphon 22, über den sich ein Kessel 23 des Gießofens 4 mit einem zur Schmelze 5 aufzuheizenden Material beschicken lässt. Der Zufuhrsiphon 22 führt in eine Ofenkammer 24 im Kessel 23, die über einen Deckel 26 verschlossen ist. Ferner besitzt der
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Gießofen 4 einen die Ofenkammer 24 des Kessels 23 mit der Gießschnauze 16 verbindenden Ablaufsiphon 28. Über ein deckelseitig in die Ofenkammer 24 führendes Druckrohr 30 lässt sich in der Ofenkammer 24 ein Druck aufbauen, um einen Schmelzspiegel 30 entgegen einer Höhenrichtung 32 des Gießofens 4 zu drücken.
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Durch den aufgebauten Druck wird die Schmelze 5 in die beiden Siphons 22, 28 gedrückt, so dass sie über den Ablaufsiphon 28 die Gießschnauze 16 erreicht und dort mit einem Stopfen 33 gesteuert über einen Ablauf 34 in die Gießformen 6 gegossen werden kann. Zur Erzeugung der Schmelze 5 ist an einer in der Höhenrichtung 32 gesehenen Unterseite des Gießofens 4 eine Induktionsheizung 36 angeordnet. Da es zum Verständnis der Ausführung auf die Induktionsheizung 36 nicht weiter ankommt, soll auf eine Beschreibung von Details hierzu verzichtet werden.
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Zur Vereinfachung einer Wartung des Ablaufs 34 ist in den Ablauf entfernbar ein Ausgussstein 38 eingesetzt, der anhand der 4 bis 5c näher erläutert werden soll.
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Der Ausgussstein 38 besitzt einen Grundkörper 40, den in einer Höhenrichtung 32 gesehen von oben nach unten eine Auslassbohrung 42 durchdringt. Die Auslassbohrung 42 verläuft rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse 43. Von einer in der Höhenrichtung 32 gesehenen Oberseite 44 des Ausgusssteines 38 her läuft ein Trichter 46 in die Auslassbohrung 42 hinein.
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In dem Ausgussstein 38 sind Mittel zum Erzeugen eines Strudels in der die Auslassbohrung 42 passierenden Schmelze 5 angeordnet. Diese Mittel zum Erzeugen eines Strudels sind in der vorliegenden Ausführung als Helix 48 ausgeführt und werden nachstehend näher beschrieben.
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Die Helix 48 ist aus einer in eine Wand 50 der Auslassbohrung 42 eingeformten Nut 51 gebildet und verläuft um die Rotationsachse 43 mit einem Anstiegswinkel 52, der zwischen 30° und 60° gewählt werden kann. Der Anstiegswinkel 52 ist der Übersichtlichkeit halber nur in 5b referenziert und mit einem Bezugszeichen versehen. Der Anstiegswinkel 52 im angegebenen Bereich sorgt einerseits dafür, dass sich eine Strudelwirkung in der ablaufenden Schmelze 5 entwickelt, andererseits allerdings auch dafür, dass der Ablauf der Schmelze 5 in Richtung der Rotationsachse 43 nicht allzu stark zu verzögert wird. In der vorliegenden Ausführung weist der Anstiegswinkel 52 der Nut 51 einen Wert von 45° auf.
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Die Nut 51 besitzt ferner in Richtung der Rotationsachse 43 gesehen eine Breite 54, die zwischen 25% und 50% einer Ganghöhe 56 der Helix 48 beträgt. Unter der Breite 54 der Nut 51 soll dabei in einem Radialschnitt 58 gesehen, wie er in 5a angedeutet und in 5b gezeigt ist, ein Abstand zweier gegenüberliegender Kanten 60 verstanden werden, die die Nut 51 an der Oberfläche der Auslassbohrung 42 definieren. Die Breite 54 der Nut ist dabei der Übersichtlichkeit halber nur in den 5a und 5b referenziert und mit einem Bezugszeichen versehen, während die Ganghöhe 56 und die Kanten 60 nur in 5a referenziert und mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Kanten 60 können ferner abgerundet sein. In der vorliegenden 5 beträgt die Breite 54 der Nut 51 einen Wert von 33% der Ganghöhe 56. Die Breite 54 der Nut 51 kann dabei ferner in Abhängigkeit eines Durchmessers 62 der Auslassbohrung 42 gewählt werden. Als geeignet haben sich Werte zwischen 35% und 140% des Durchmessers 62 der Auslassbohrung 42 gezeigt. In der vorliegenden 5 weist die Breite 54 der Nut 51 einen Wert von 70% des Durchmessers 62 der Auslassbohrung 42 auf.
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Die Nut 51 kann in dem in 5b gezeigten Radialschnitt eine beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind allerdings eckenfreie Querschnittsformen, damit sich möglichst wenig Ablagerungen in den Nuten 51 ansammeln können. In der vorliegenden Ausführung weisen die Nuten 51 im Querschnitt gesehen die Form eines Kreissegmentes auf, wobei eine Tiefe 64 der Nut 51 zwischen 10% und 50 % der Breite 54 der Nut 51 gewählt werden kann. In der vorliegenden Ausführung weist die Tiefe 64 der Nut 51 ein Wert auf, der 25% der Breite 54 der Nut 51 beträgt.
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Die gesamte Auslassbohrung 42 ohne den Trichter 46 kann eine Länge 66 besitzen, die zwischen 200% bis 900% des Durchmessers 62 der Auslassbohrung 42 beträgt. Die Länge 66 der Auslassbohrung 42 ist der Übersichtlichkeit halber nur in 5a referenziert. In der vorliegenden Ausführung weist die Länge 66 der Auslassbohrung 42 einen Wert auf, der 450% des Durchmessers 62 beträgt.
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Im Einsatz, wenn die Schmelze 5 in der Gießschnauze 16 über den Ausgussstein 38 aus dem Gießofen 4 in die Gießformen 6 eingelassen wird, strömt die Schmelze 5 entgegen der Höhenrichtung 32 in die Auslassbohrung 42. Ein Teil der Schmelze 5 dringt dabei an der Wand 50 in die als Nut 51 ausgebildete Helix 48 und wendelt sich mit einer Bewegung um die Rotationsachse 43 und gleichzeitigen Bewegung in Richtung der Rotationsachse 43 entgegen der Höhenrichtung. Diese wendelnde Bewegung der Schmelze 5 in der Helix 48 reißt die nicht in der Helix 48 strömende Schmelze 5 mit sich und erzeugt einen Strudel. Die wendelnde Bewegung ist in 6b durch gestrichelte Pfeile angedeutet und mit dem Bezugszeichen 68 versehen, während der auf diese Weise erzeugte Strudel dort mit dem Bezugszeichen 70 versehen ist.
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Die Wirkung der Helix 48 im Ausgussstein 38 soll anhand eines Vergleichs der 6a, welche schematisch den Austritt der Schmelze 5 aus einem herkömmlichen Ausgussstein 38' ohne Helix zeigt, und der 6b, welche schematisch den Austritt der Schmelze 5 aus dem Ausgussstein 38 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der Helix 48 zeigt, verdeutlicht werden.
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Ohne die den Strudel 70 erzeugende Helix 48 tritt die Schmelze 5 völlig unkontrolliert aus der Auslassbohrung 42 mit einer nicht vorhersehbaren Form auf. In 6a ist beispielsweise zu sehen, dass die Schmelze 5 sich beim Austritt in zwei Arme 72 und 74 teilt, die in einem völlig undefinierten Winkel 76 zueinander stehen. Da die Form des Austrittes der Schmelze 5 aus der Auslassbohrung 42 nicht vorhersehbar ist, ist die Gefahr, dass hier ein Teil der Schmelze 5 beim Einlass in die Gießformen 6 die Einlassöffnung 7 nicht trifft, nicht unerheblich.
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Durch den mittels der Helix 48 gebildeten Strudel 70 ist demgegebüber eine definierte Form für die Schmelze 5 gewährleistet, anhand derer die Einlassöffnungen 7 der Gießformen 6 für einen verlustlosen Eintritt der Schmelze 5 in die Formräume 8 der Gießformen 6 definiert dimensioniert werden können.