DE29510068U1

DE29510068U1 - Speiser zur Verwendung beim Gießen von geschmolzenem Metall

Info

Publication number: DE29510068U1
Application number: DE29510068U
Authority: DE
Original assignee: Chemex GmbH
Current assignee: Chemex GmbH
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2005-06-29
Also published as: EP0779844B1; WO1997001406A1; EP0779844A1; AU6297696A; ATE182821T1; ES2135238T3; DE59602611D1

Description

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PATENTANWÄLTE
EUROPEAN PATENTATTORNEYS

Chemex GmbH 381-010

Speiser zur Verwendung beim Gießen von geschmolzenem Metall

Die Erfindung betrifft einen Speiser zur Verwendung beim Gießen von geschmolzenen Metall. Speiser werden bei der Herstellung einer Gießform in diese integriert und bilden einen geschlossenen oder offenen, von Formstoff umgebenen Raum, der beim Gießen von der Gießströmung mit flüssigem Metall gefüllt wird, um das Volumendefizit bei der Erstarrung eines Gußstücks zu kompensieren und auf diese Weise die Bildung sog. Lunker (das sind Schwindungshohlräume, die durch die Metall-Volumenkontraktion beim Erstarrungsvorgang entstehen) zu verhindern.

Es sind Speiser bekannt, die Wandungen aus einem exothermen Material, beispielsweise aus Aluminium und Eisenoxid besitzen. Ein solches Material wird durch das flüssige Metall gezündet, und es läuft deshalb nach dem Eindringen der Gießströmung in einen solchen Speiser eine exotherme, beispielsweise aluminothermische Reaktion ab, durch die dem im Speiserinnenraum befindlichen Metall Wärme zugeführt wird. Dieses bleibt durch die Wärmezufuhr langer flüssig als das Metall in den sonstigen (Form-)Hohl räumen der Gießform.

Die Aufgabe der Erfindung war es, einen exothermen Speiser anzugeben, der eine sehr kleine Stellfläche, ein hohes Speisermodul (Verhältnis von Volumen zu Oberfläche des Speisers), ein ausreichend großes Speiservolumen und einen sehr hohen Wirkungsgrad für die exotherme Reaktion aufweist.

Ferner sollte es die äußere Gestalt des Speisers erlauben, da8 ein Formstoff bei der Herstellung einer Gießform in den üblichen Formmaschinen überall gut in Kontakt mit der Speiseraußenfläche gebracht und überall in "-der Umgebung des Speisers gut verdichtet werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1: Die Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Speisers und

Fig. 2: Querschnittsegmente eines erfindungsgemäßen Speisers; Schnitte nach den Linien A-A, B-B, C-C der Fig. 1.

Ein in den Figuren 1 und 2 dargestellter geschlossener Speiser ist äußerlich im wesentlichen eiförmig, mit einer in Fig. 1 dargestellten Mittelachse M-M und kreisförmigen Querschnitten seiner Außenwandung (vgl. Fig. 2), er besitzt aber abgeflachte Unter- und Oberseiten, wobei die Unterfläche deutlich kleiner als die Oberfläche ist. Der Speiser umfaßt einen Brechkern 1 aus Croning-Sand 2 und eine Speiserkapsel 3 aus exothermem Material, die auf dem Brechkern 1 aufgelagert ist.

Der Brechkern 1 besitzt eine um die Mittelachse M-M zentrierte Verbindungsöffnung 4 zu einem nicht dargestellten Gießmodell oder Formhohlraum. Diese Verbindungsöffnung ist zuunterst als flacher zylindrischer Führungsabschnitt 5 ausgebildet und wird dort seitlich von einem Einschnürelement 2 begrenzt, dessen Breite der Breite eines nicht dargestellten Dorns angepaßt ist, mit dem der Speiser während eines Formvorgangs am Gießmodell befestigt werden kann. Der Führungsabschnitt 5 mündet in einen flachen trichterförmigen Abschnitt 6, der sich unter einem öffnungswinkel von ungefähr 90* nach oben hin aufweitet und seinerseits an seinem Oberende mit einem -zweiten trichterförmigen Abschnitt 7 in Verbindung steht: Dieser zweite trichterförmige Abschnitt hat eine deutlich größere Höhe als der trichterförmige Abschnitt 6 und weitet sich ebenfalls nach oben hin auf, wobei der Trichter-Öffnungswinkel aber nur ca. 10' beträgt. Der Führungsabschnitt 5 der Verbindungsöffnung 4 entspricht in üblicher Weise der Einschnürung eines Brechkerns und erleichtert nach einem Gießvorgang das Trennen des Speisers vom Gußstück.

Der Brechkern 1 besitzt um den Führungsabschnitt 5 herum eine ringförmige (in einigen Ausführungsformen oval-ringförmige) Stellfläche 8, die mit der abgeflachten Unterseite des Speisers identisch ist, und eine -sich von dieser Stellfläche aus zunächst im wesentlichen konisch aufweitende Außenwand 9. Diese Außenwand 9 springt unterhalb der Oberkante der Verbindungsöffnung 4 ringsum in Richtung auf die Verbindungsöffnung einwärts, so daß sich insgesamt eine Stufe 10 in der Außenwand 9 ergibt, auf der die Speiserkapsel 3, die die Stufe 10 mit einem an die Stufe angepaßten Vorsprung übergreift, paßgerecht angebracht ist.

Die seitliche Außenwand 19 der Speiserkapsel 3 schließt (im Bereich des Ringvorsprungs) bündig mit dem konischen Bereich der Außenwand 9 des Brechkerns 1 ab. Sie ist zur Oberseite des Speisers hin so gerundet, daß sich insgesamt dessen eiförmige Außengeometrie ergibt.

Die Speiserkapsel 3 besitzt einen faßähnlichen Innenraum 13 zur Aufnahme flüssigen Metalls, und dieser Innenraum steht über einen unterseitig, auf Höhe der Linie C-C angesetzten Kapselhals 21 mit der Verbindungsöffnung 4 des Brechkerns 1 in offener Verbindung. Verbindungsöffnung 4 und Kapselhals 21 bilden somit gemeinsam den Speiserhals; die den Speiserhals umschließenden Wandungsabschnitte des Speisers, nämlich der Brechkern 1 und der Speiserkapselabschnitt von der Stufe 10 bis zur Höhe der Linie C-C bilden das Standstück des Speisers. An der Verbindungsstelle des Kapselhalses 21 zum zweiten trichterförmigen Abschnitt 7 der Verbindungsöffnung 4 schließt die Wandung des Kapselhalses 21 mit der Wandung der Verbindungsöffnung ab. Von dort aus nach oben hin verjüngt sich der Speiserhals zunächst konisch und geht dann in einen zweiten zylindrischen Führungsabschnitt 12 über, der den gleichen Querschnitt wie der Führungsabschnitt 5 des Standstücks 1 besitzt, mit diesem fluchtend angeordnet ist und daher gemeinsam mit diesem eine sichere Fixierung des Sefestigungsdorns gewährleistet. ;

Auf Höhe der in Fig. 1 dargestellten Linie C-C mündet der Speiserhals mit dem Führungsabschnitt 12 in den Innenraum 13 der Speiserkapsel 3. Dort beschreibt die Innenwand des Speisers eine breite Stufe 14, so daß sich beim übergang vom Speiserhals zum Innenraum 13 der Innenquerschnitt stark aufweitet und die Wandungsstärke der Speiserkapsel 3 stark verringert. Der

Innenraum 13 erstreckt sich von der Stufe 14 bis zu einer inneren Oberwand 15 des Speisers. Die innere Seitenwand' des Innenraums 13 ist mit drei zwischen äer Stufe 14 und der Oberwand 15 vertikal durchlaufenden Rippen ^-versehen. Wie insbesondere aus den Segmentansichten der Fig. 2 ersichtlich ist, ragen diese Rippen aus der im Querschnitt ansonsten kreisförmigen inneren Seitenwand radial in Richtung auf die Mittelachse M-H einwärts. Die Rippen 16 sind bezüglich der Mittelachse im jeweils gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet und verjüngen sich jeweils nach Art eines gleichschenkligen Trapezes in Richtung auf diese. Jede der drei Rippen endet in einer Innenfläche 17, die in jedem beliebigen Querschnitt durch die Speiserkapsel den gleichen Abstand zur Mittelachse M-M besitzt.

Insgesamt stellt die Speiserkapsel 3 also ein geschlossenes System dar, das eine üblicherweise bei der Herstellung der Speiserkapsel aufgeschossene Einschnürung von der Stufe 10 bis zur Linie C-C sowie mehrere in den sich oberhalb der Linie C-C anschließenden, faßähnlichen Innenraum 13 hineinragende, aufgeschossene, durchlaufende Rippen aufweist.

Bei einem typischen Formvorgang zur Vorbereitung eines Gießvorgangs wird der 1n den Fig. 1 und 2 dargestellte Speiser mittels eines Domes, der durch die Führungsabschnitte 5 und 12 fixiert ist, auf einem Gießmodell befestigt und gemeinsam mit diesem in einen nach oben offenen Formkasten eingebaut; daraufhin wird impulsartig von oben Formsand (oder ein anderer Formstoff) in den Formraum zwischen Modell bzw. Speiser und Formkastenwand gefüllt und dabei verdichtet (Schießen des Formsandes). Der äußere Stellflächendurchmesser des Speisers, mit dem dieser auf dem Modell steht, ist sehr klein, im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 kleiner als 25 mm, und der größte Durchmesser des Speisers auf Höhe der Linie A-A befindet sich vergleichsweise weit oberhalb der Stellfläche 8. Aufgrund dieser äußerlichen Ausgestaltung des im wesentlichen eiförmigen Speisers wird dem Formsand während des Formvorgangs ein nur geringer Strömungswiderstand entgegengesetzt, und es werden - selbst im problematischen Bereich um das Speiser-Standstück herum - besonders gut verdichtete Formsande erhalten.

Nach dem Formen des Formsandes werden der Formkasten und das Modell inklusive Befestigungsdorn entfernt, während der Speiser innerhalb des Formsandes verbleibt; der Speiser steht dann über seinen Speiserhals mit

dem Formhohlraum in Verbindung, der sich durch die Entfernung des Modells im Formsand ergeben hat.

Zu Beginn eines typischen Gießvorgangs wird der Speiser von der Gießströmung mit flüssigem Metall gefüllt, flüssiges Metall strömt dabei aus dem Formhohlraum durch den Speiserhals (Verbindungsöffnung 4 und Kapselhals 21) in den Speiserinnenraum 13 ein. Das flüssige Metall bewirkt dann eine Zündung der exothermen Speiserheizmasse, aus der die Wandung der Speiserkapsel 3 besteht.

Im folgenden läuft eine exotherme Reaktion ab, bei der die Speiserkapselwandung Wärme an das flüssige Metall im Spei serinnenraum 13 abgibt. Hierbei erweisen sich die radialen Rippen 16 des Speiserinnenraums als besonders effektive Wärmequellen, die lokal das Angebot an exothermer Reaktionswärme verstärken. Die bei der exothermen Reaktion des Rippenmaterials freiwerdende.Wärme wird nahezu vollständig über die Flanken und Innenflächen der Rippen an das flüssige Metall innerhalb des Speisers abgegeben; Heizverluste durch Wärmeabtransport auf die Außenwand der Speiserkapsel 3 und von dort weiter an den Formsand, der den Speiser umhüllt, sind minimal.

Bei der Erstarrung des Gußstücks entsteht im Formhohlraum ein Metallvolumen-Defizit, das durch das flüssige Metall im Speiser ausgeglichen wird. Dazu fließt dieses flüssige Metall, das aufgrund der Beheizung durch den Ablauf der exothermen Reaktion später erstarrt als das Metall innerhalb des angrenzenden Formhohlraums, aus dem Speiserinnenraum 13 durch den Speiserhals hindurch in den Formhohlraum hinein. Die besondere Bauweise und Innengeometrie des erfindungsgemäßen Speisers gewährleistet dabei eine sichere Dichtspeisung des Gußstücks.

Nach Beendigung des Gießvorgangs wird der Speiser vom Gußstück abgetrennt, was durch die Gestaltung der Verbindungsöffnung 4 beträchtlich erleichtert ist. Entartungen am Gußteil durch Wärmestrahlung des exothermen Materials werden durch das günstige Verhältnis von Brechkernhöhe, Durchlaß und Stellfläche vermieden.

Das Gesamtinnenvolumen des Speisers (Speiserhalsvolumen plus Volumen des Innenraums 13) ist in einem typischen Anwendungsfall nur geringfügig

größer als der berechnete Speisungsbedarf des Gußstücks. Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Speisers hat - bezogen auf das Speiservolumen - ein sehr geringes Gewicht. Gegenüber '-den vergleichbaren, bisher bekannten Speisertypen mit ebenfalls exothermen Wänden beträgt die Gewichtsersparnis mindestens 50 %.

In den Figuren 1 und 2 ist ledigliches eines der bevorzugten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Speisers dargestellt. Andere, nicht dargestellte Ausführungsbeispiele besitzen zum Teil abweichende Merkmale. Insbesondere die Gestaltung des Innenraums des Speisers kann variiert werden. So können statt der Rippen eine Vielzahl anderer exothermer (Verstärkungs-)Elemente für eine lokale Verstärkung des exothermen Angebots sorgen, beispielsweise wabenartige Strukturen, die einzelne Heizzellen innerhalb des Speisers definieren. Es muß bei der Gestaltung des Innenraums jedoch immer darauf geachtet werden, daß die im Gießbetrieb freiwerdende Reaktionswärme optimal an das flüssige Metall im Innenraum des Speisers abgegeben und nicht im wesentlichen auf die Außenwand des Speisers abtransportiert wird.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2 befinden sich zwei Führungsabschnitte 5, 12 für einen Befestigungsdorn innerhalb des Speiser-Standstücks. Auf diese Weise können vergleichsweise kurze Dorne eingesetzt werden, und es stört nicht, wenn (abweichend von dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel) der mit den Führungsabschnitten fluchtende zentrale Bereich des Speiser-Innenraums verbaut ist. Um einen guten Wirkungsgrad für die exotherme Reaktion zu erreichen, kann dies sogar bevorzugt sein. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung bewirkt bereits ein einzelner Führungsabschnitt innerhalb des Standstücks eine gute Fixierung eines Befestigungsdorns.

Die Speiserkapsel eines erfindungsgemäßen Speisers kann einteilig (so wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt) oder mehrteilig ausgestaltet sein. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, besitzt aber in Höhe der Linie A-A eine Teilungsebene zwischen einem Kapseloberteil und einem Kapselunterteil. Insbesondere bei komplizierteren Speiserinnengeometrien mit besonders effektiver Heizwirkung ist es manchmal günstig, die Kapsel zweistückig

auszubilden, da dadurch die Herstellung des Speisers erleichtert und/oder dessen Stabilität erhöht werden kann.

Ein erfindungsgemäßer Speiser besitzt, wenn es die Betriebsbedingungen erfordern, einen Luftkern, Luftstift o. dgl.

Die eiförmige Außengeometrie des dargestellten erfindungsgemäßen Speisers wird in weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung variiert; manche Ausführungsbeispiele besitzen ein äußerlich zylindrisches oder stumpfkegeliges Standstöck und ein darauf aufgesetztes, für sich im wesentlichen eiförmiges Speiseroberteil mit abgeflachter Oberseite. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung besitzen eine nahezu tropfenförmige Außengeometrie und daher einen besonders geringen Strömungswiderstand; wieder andere Ausführungsbeispiele weichen im Querschnitt von der Kreisform ab und besitzen beispielsweise äußerlich ungekrümmte Seitenwandpartien.

Zur Herstellung erfindungsgemäßer Speiser und zur Erzeugung der für den angestrebten Erfolg wichtigen Innengeometrien werden vorzugsweise entfernbare Kerne (Innenelemente) aus einem Kunststoffmaterial wie Styropor &ogr;. dgl. verwendet. Diese Kerne können je nach Bedarf aus dem Speiserinneren herausgelöst werden oder werden bei der Fertigstellung des Speisers bzw. dem Abgießen mit Metall pyrolysiert.

Claims

Chemex GmbH 381-010 Schutzanspruch

1.) Speiser, umfassend Wandungen aus einem exothermen Material

sowie einen Brechkern, dadurch gekennzeichnet, daß der Speiser eine im wesentlichen faßartige Innengeometrie, zumindest einen Führungsabschnitt zur Aufnahme eines Domes und ein Speiseroberteil mit einer im wesentlichen ei- oder tropfenförmigen Außengeometrie besitzt.