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WO2000048769A1 - Steigrohr für metallschmelzen - Google Patents

Steigrohr für metallschmelzen Download PDF

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Publication number
WO2000048769A1
WO2000048769A1 PCT/EP2000/000952 EP0000952W WO0048769A1 WO 2000048769 A1 WO2000048769 A1 WO 2000048769A1 EP 0000952 W EP0000952 W EP 0000952W WO 0048769 A1 WO0048769 A1 WO 0048769A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
riser
holder
riser pipe
seal
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2000/000952
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Seyer
Helmut Feuer
Gerhard WÖTTING
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cfi Ceramics For Industry & Co KG GmbH
Original Assignee
Cfi Ceramics For Industry & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cfi Ceramics For Industry & Co KG GmbH filed Critical Cfi Ceramics For Industry & Co KG GmbH
Priority to AU29073/00A priority Critical patent/AU2907300A/en
Publication of WO2000048769A1 publication Critical patent/WO2000048769A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D35/00—Equipment for conveying molten metal into beds or moulds
    • B22D35/04—Equipment for conveying molten metal into beds or moulds into moulds, e.g. base plates, runners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould
    • 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
    • B22D41/50—Pouring-nozzles
    • B22D41/56—Means for supporting, manipulating or changing a pouring-nozzle

Definitions

  • the present invention relates to a riser pipe, preferably made of sintered ceramic material, for molten metals with a coupling area which can interact with a holder of the riser pipe.
  • the invention further relates to a holder for risers for molten metals.
  • Riser pipes made of sintered ceramic material for molten metals are e.g. in the low-pressure mold casting process for light metal melts, in particular for
  • Aluminum and aluminum alloys used (DLN 1725 sheet 2).
  • the light metal melt is located in a sealed, thermally insulated container, from which the melt is fed into the metallic form (mold) via a riser pipe. If necessary, there may be an intermediate pipe between the riser pipe and the mold.
  • Molten metal is pressed riser pipe and possibly intermediate pipe against the mold, and the space above the molten metal is pressurized. As a result, the metal level in the riser pipe rises and the molten metal is conveyed into the mold.
  • the holder with which the ceramic riser pipe is held in the molten metal and pressed against the mold must meet the following requirements:
  • the riser pipes are attached to the holder via a flange on the ceramic pipe.
  • This flange can be rectangular or conical, terminal or non-terminal.
  • a related application for conveying liquid material is in a holder for metering riser pipes.
  • the pipes are often poured into a metal pipe with refractory cement.
  • this holder does not meet the above requirements for riser pipe holders in connection with molten metal.
  • the holders for riser pipes known from the prior art have various disadvantages.
  • the axial forces that can be borne by the holder are limited, since these lead to tensions in the connection area between the flange and the riser pipe, which can ultimately lead to cracks and destruction of the pipe.
  • a limitation of the axial forces also means that the contact pressure between the mold (or intermediate tube) and the riser is limited, which may can lead to inadequate sealing at this point.
  • the object of the present invention is to avoid the disadvantages described and to provide a riser pipe and a holder for a riser pipe which can absorb high axial forces and in which no sealing problems occur, in particular not due to different thermal expansions of the riser pipe and holder or by varying axial loads.
  • a riser pipe for molten metal which preferably consists of sintered ceramic material and which has a coupling area which can interact with a holder of the riser pipe.
  • the coupling area in the riser pipe according to the invention consists of depressions in the outer surface of the riser pipe.
  • the riser pipe according to the invention is fastened by clamping it in a holder. This means that forces running radially to the riser pipe axis act on the circumference of the riser pipe and that this is held thereby.
  • the coupling area on the riser pipe is formed by roughening the outer surface. Due to this roughening, the coupling area with a corresponding e.g. cooperate roughened surface on a bracket such that the bracket clamps the riser pipe and thereby holds.
  • the described ascending pipes according to the invention have in common that they can be manufactured more easily than the known ascending pipes with a rectangular or conical flange.
  • the risers according to the invention do not have such a flange, but at most a recess (groove) or roughening of the surface.
  • the outer shape of the riser pipe is therefore cylindrical without protruding elements.
  • the invention also relates to a holder for a riser for molten metals, which is designed so that with it a dosable and radial with respect to the riser axis clamping force can be exerted on the outer surface of the riser.
  • a holder allows a riser pipe to be used without a protruding flange.
  • Such a riser pipe is much easier to manufacture than one with a flange.
  • the strength of the holder can be adjusted as desired by the adjustable radial clamping force.
  • the clamping force in the holder mentioned is preferably transmitted via metal wedges. Their material and shape can be selected to match the riser pipe.
  • the holder according to the invention can in particular consist of a lower element in the direction of the riser pipe axis and an associated upper element, the axial distance of which can be variably adjusted.
  • the lower and / or the upper element has a surface which is inclined to the riser pipe axis and which corresponds to the
  • Wedge surface of the metal wedge cooperates such that the metal wedge is moved radially towards the riser pipe when the distance between the upper and lower element is reduced.
  • the clamping force with which the pipe is held by the metal wedges can be metered.
  • the inclined surface is attached to the lower element, since in this case an after axial load on the riser directed downwards, which is transferred to the metal wedge, allows the metal wedge to slide closer to the riser along the inclined surface, so that the clamping effect is increased still further.
  • Such a bracket is therefore reinforced by itself if necessary (axial load).
  • the contact pressure of the seal on the outer surface of the riser pipe can be set to a minimum value which is independent of the axial load.
  • the seal is arranged between the outer surface of the riser pipe and a surface of the holder running parallel to it, the said surfaces preferably running parallel to the riser pipe axis. Since the axial loads run in the direction of the riser pipe axis by definition, no component of these loads (except due to friction) can affect the seal and the opposite surface of the
  • Figure 1 shows a riser pipe according to the prior art with a rectangular flange.
  • Figure 2 shows a riser pipe according to the prior art with a conical flange.
  • Figure 3 shows an embodiment of the riser pipe and holder according to the invention.
  • Riser pipe comes from a light metal melt located below (not shown), which is located in a room with the furnace cover 7.
  • the mold 4 or an intermediate pipe is located (schematically indicated) above the riser pipe 1.
  • the riser pipe 1 shown has a flange 3 projecting at right angles, which is received all around by the holder 2.
  • This type of riser pipe holder represents the most common variant.
  • the mechanical clamping means that only a limited axial force 9 can be applied, since tensile stresses are induced on the attachment 8 of the flanges, which can lead to cracks.
  • the axial force is created by coupling the
  • Figure 2 is another variant for a holder of risers after the
  • a component of the axial force 9 acts on the seal 12 between the outer surface of the riser pipe 1 (or its flange 11) and the holder 10. This means that the contact pressure of this seal and thus the sealing effect depend on the axial load on the riser pipe 1. In particular, an insufficient axial load can lead to inadequate tightness.
  • FIG. 3 shows an ascending pipe according to the invention with an associated holder according to the invention.
  • the riser pipe 1 leads from the molten metal through the furnace cover 7 to the mold 4 or an intermediate pipe. Furthermore, in a known manner, there is a seal 14 between the mold 4 or the intermediate tube and the riser tube 1, the tightness of which is guaranteed by a correspondingly large axial force 9.
  • the riser pipe 1 Unlike the known holders, the riser pipe 1 according to the invention, however, has no flange. Rather, it is flanged without a "clamp bracket" - o -
  • the riser pipe 1 has a recess 20 which, for example, as a groove can run around the entire pipe. There can also be several such grooves at different distances on the pipe, so that the pipe can be clamped in different places and thus at different heights without any problems.
  • Metal wedges 15 engage in the groove 20.
  • the metal wedges 15 shown in section can e.g. extend around the tube as a 4-part ring.
  • the metal wedges 15 are in turn enclosed by a holder which consists of a lower element 16 and an upper element 17.
  • the lower element 16 has a surface 21 inclined relative to the riser axis, which cooperates with the wedge surface of the metal wedge 15 in such a way that a shortening of the distance between the lower element 16 and the upper element 17 pushes the wedge inwards - in the direction of the riser axis - and thus for one increased radial pressure on the riser.
  • the clamping bracket of the riser pipe can thus be made virtually any size by generating a correspondingly high clamping pressure.
  • both are designed as elements which can be screwed together.
  • the seal 19 is further arranged between the outer surface of the riser pipe 1 and the holder 16 in such a way that it is located between two surfaces running parallel to the riser pipe axis. This has the effect that no axial load is transmitted to the seal 19 from the riser pipe - except through friction.
  • the contact pressure of the seal 19 on the riser pipe 1 is rather determined solely by how firmly the seal 19 is pressed by the holder 16. A contact pressure is thus ensured even without axial load in the riser pipe 1, which ensures sufficient sealing by the seal 19. Irrespective of this, an axial load occurring in the riser pipe 1 further increases the sealing effect.
  • the seal 19 then receives a part of the axial pressure from above via the metal wedges 15 and the interposed metal disks 18, which leads to an additional compression of the seal 19 and thus to an increase in the sealing effect.
  • the separation of the functions holding / positioning and sealing with the arrangement according to the invention allows the usual tolerances for the dimensions of the holder and the riser pipe and for the compressibility of the sealing material.
  • the positioning by means of the metal wedges allows an exact and safe positioning of the riser pipe.
  • the independently attached seal 19 ensures the necessary gas tightness.
  • the entire construction allows high axial forces 9, so that a secure sealing between the riser pipe 1 and the mold 4 (or intermediate pipe) is achieved.
  • the riser pipe 1 shown in FIG. 3 has a groove 20. This has the function of increasing the frictional force between the riser pipe 1 and the metal wedge 15. This effect could also be achieved by other measures, such as rough or structured surfaces of the riser pipe and / or metal wedge.
  • the tubes with flange known from the prior art are significantly more complex to manufacture than the tubes without flange according to the invention.
  • the isostatic pressing or slip casting molding processes are usually used for the production of risers.
  • other shaping processes are conceivable for the production of the flangeless pipes according to the invention, which are generally not used for pipes with a flange (e.g. extrusion).
  • Standardization of the tubes is also an option, since the position of the tube in the clamp bracket can easily be varied. In the variant according to the invention shown in FIG. 3, this could be achieved by a plurality of grooves 20 in the riser pipe 1 and / or a displacement of the "nose" on the metal wedge 15.
  • Another advantage is the easy assembly and disassembly, since the metal bracket does not have to be pushed over the lower part of the riser pipe 1, which is immersed in the molten metal. This fact is particularly advantageous if the lower part of the riser is partially protected (e.g. a fiber mat as in DE
  • the basic principle of the holder according to Figure 3 is that the risers are fixed in the oven with a clamp.
  • the riser pipe 1 is clamped by the (metal) wedge 15 when the holder 16, 17 is screwed together.
  • An applied axial load 9 leads to a simultaneous hardening of the clamp connection, since a pressure "downwards" on the riser 1 tries to take the metal wedges 15 with them, whereupon they tend to move towards the riser due to the inclined surface 21 on the lower support element 16 and therefore to clamp it increasingly.
  • the risers and / or holders preferably consist of a ceramic, particularly preferably sintered ceramic material. This can mostly be done
  • DFS Dense Fused Silica
  • SiC-based materials e.g. oxide or nitride-bonded SiC, recrystallized or sintered SiC
  • aluminum titanate-based materials e.g. aluminum titanate Mullite
  • silicon nitride e.g: silicon nitride, SiAlON
  • graphite eg clay-graphite
  • the invention is not limited to the holder shown as an example in the figure. Rather, it encompasses all methods for
  • the risers and holders according to the invention can preferably be used in the processing of metal melts in low-pressure and counter-pressure mold casting processes.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steigrohr (1) für Metallschmelzen sowie eine zugehörige Halterung (16, 17) hierfür, bei welcher das Steigrohr aufgrund einer Klemmwirkung festgehalten wird. Insbesondere kann die Klemmwirkung über in Nuten (20) eingreifende Metallkeile (15) erzeugt werden, wobei die Metallkeile von einer zusammenschraubbaren Halterung an das Steigrohr angedrückt werden. Ferner ist eine Dichtung (19) zwischen Steigrohr und unterem Halterungselement (16) angeordnet, welche von der Halterung an das Steigrohr (1) angepresst wird.

Description

Steigrohr für Metallschmelzen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein vorzugsweise aus sinterkeramischen Material bestehendes Steigrohr für Metallschmelzen mit einem Kopplungsbereich, der mit einer Halterung des Steigrohres zusammenwirken kann. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Halterung für Steigrohre für Metallschmelzen.
Steigrohre aus sinterkeramischem Material für Metallschmelzen werden z.B. beim Niederdruckkokillengießverfahren für Leichtmetallschmelzen, insbesondere für
Aluminium und Aluminium-Legierungen eingesetzt (DLN 1725 Blatt 2). Bei diesem Verfahren befindet sich die Leichtmetallschmelze in einem abgeschlossenen, thermisch isolierten Behälter, aus dem die Schmelze über ein Steigrohr in die metallische Form (Kokille) gefordert wird. Gegebenenfalls kann sich zwischen dem Steigrohr und der Kokille noch ein Zwischenrohr befinden. Zur Beförderung der
Metallschmelze werden Steigrohr und gegebenenfalls Zwischenrohr an die Kokille gedrückt, und der Raum über der Metallschmelze wird mit Druck beaufschlagt. Dadurch steigt der Metallspiegel im Steigrohr und die Metallschmelze wird in die Kokille gefördert.
Die Halterung, mit welcher das keramische Steigrohr in die Metallschmelze gehalten und an die Kokille gedrückt wird, muß folgenden Anforderungen genügen:
1. Halten und Positionieren des Steigrohres;
2. Aufnehmen der axialen Kräfte, die beim Zusammenfahren von Steigrohr und Kokille entstehen;
3. Abdichten des Überdruckes im Ofenraum gegenüber dem Umgebungsdruck; 4. Erfüllung der Funktionen 1 bis 3 auch bei unterschiedlicher Wärmedehnung von Halterung und Rohr;
5. Erfüllung der Funktionen 1 bis 4 auch bei maximaler Anwendungstemperatur (an der Außenfläche der Halterung werden typischerweise Temperaturen von
300 bis 400°C gemessen).
Nach dem Stand der Technik erfolgt die Befestigung der Steigrohre an der Halterung über einen Flansch am Keramikrohr. Dieser Flansch kann rechtwinkelig oder konisch, endständig oder nicht-endständig sein. Als Sonderformen finden sich auch
Kombinationen der genannten Varianten.
Eine verwandte Anwendung zur Förderung von flüssigem Material besteht in einer Halterung für Dosiersteigrohre. Hierbei werden die Rohre häufig mit einem Feuer- festzement in einem Metallrohr eingegossen. Diese Halterung genügt allerdings nicht den oben genannten Anforderungen für Steigrohr-Halterungen in Zusammenhang mit Metallschmelzen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Halterungen für Steigrohre haben ver- schiedene Nachteile. Bei Verwendung eines rechtwinkligen Flansches sind z.B. die von der Halterung tragbaren axialen Kräfte begrenzt, da diese zu Spannungen im Verbindungsbereich zwischen Flansch und Steigrohr führen, welche schließlich in Rissen und einer Zerstörung des Rohres münden können. Eine Begrenzung der axialen Kräfte bedeutet aber zugleich, daß der Anpressdruck zwischen Kokille (oder Zwischenrohr) und Steigrohr begrenzt ist, was u.U. zu einer unzureichenden Dichtung an dieser Stelle führen kann.
Bei konischen Flanschen ist zwar eine höhere axiale Belastung möglich, jedoch kommt es zu Verschiebungen innerhalb der Halterung durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Steigrohres und der Halterung. Diese Verschiebungen müssen durch die Elastizität der zwischengeschalteten Dichtungen ausgeglichen werden, was besondere Anforderungen an deren Materialeigenschaften stellt.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und ein Steigrohr sowie eine Halterung für ein Steigrohr zur Verfügung zu stellen, welche hohe axiale Kräfte aufnehmen können und bei denen keine Dichtungsprobleme auftreten, insbesondere nicht durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen von Steigrohr und Halterung oder durch variierende axiale Belastungen.
Diese Aufgabe wird durch ein Steigrohr für Metallschmelzen gelöst, welches vorzugsweise aus sinterkeramischem Material besteht und welches einen Kopplungsbereich hat, der mit einer Halterung des Steigrohres zusammenwirken kann. Anders als beim Stand der Technik besteht der Kopplungsbereich bei dem erfindungsge- mäßen Steigrohr jedoch aus Vertiefungen in der Außenoberfläche des Steigrohres.
Das erfindungsgemäße Steigrohr wird durch Einklemmen in eine Halterung befestigt. D.h., daß radial zur Steigrohrachse verlaufende Kräfte auf den Umfang des Steigrohres wirken und daß dieses hierdurch gehalten wird.
In einer nebengeordneten Ausgestaltung der Erfindung wird der Kopplungsbereich am Steigrohr durch eine Aufrauhung der Außenoberfläche gebildet. Durch diese Aufrauhung kann der Kopplungsbereich mit einer entsprechenden z.B. aufgerauhten Fläche an einer Halterung derart zusammenwirken, daß die Halterung das Steigrohr einklemmt und hierdurch hält.
Den beschriebenen erfindungsgemäßen Steigrohren ist gemeinsam, daß sie einfacher als die bekannten Steigrohre mit einem rechteckigen oder konischen Flansch hergestellt werden können. Die erfindungsgemäßen Steigrohre haben nämlich keinen solchen Flansch, sondern allenfalls eine Vertiefung (Nut) oder Aufrauhung der Oberfläche. Die äußere Form des Steigrohres ist somit durchgehend zylinderisch ohne hervorstehende Elemente. Diese Steigrohre können daher z.B. auch durch ein Extrusionsverfahren hergestellt werden. Weitere Vorteile dieser Steigrohre ergeben sich bei ihrem Zusammenwirken mit erfindungsgemäßen Halterungen, welche im folgenden beschrieben werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Halterung für ein Steigrohr für Metallschmelzen, welche so ausgebildet ist, daß mit ihr eine dosierbare und in bezug auf die Steigrohrachse radiale Klemmkraft auf die Außenoberfläche des Steigrohres ausgeübt werden kann. Eine solche Halterung erlaubt es, daß ein Steigrohr ohne hervorstehende Flan- sehe verwendet wird. Ein solches Steigrohr läßt sich wesentlich einfacher herstellen als eines mit Flansch. Die Festigkeit der Halterung läßt sich durch die dosierbare radiale Klemmkraft quasi beliebig einstellen.
Vorzugsweise wird die Klemmkraft in der genannten Halterung über Metallkeile übertragen. Deren Material und Form kann passend zum Steigrohr gewählt werden.
Ferner ist es möglich, durch unterschiedliche Geometrien der Metallkeile das Steigrohr an verschiedenen Positionen (Höhen) einzuspannen, so daß sich auf einfache Art und Weise eine variable Höheneinstellung ergibt. Beim Stand der Technik ist dagegen die vertikale Position eines Steigrohres immer durch den fest angebrachten Flansch am Steigrohr festgelegt.
Die erfϊndungsgemäße Halterung kann insbesondere aus einem in Richtung der Steigrohrachse unteren Element und einem zugeordneten oberen Element bestehen, deren axialer Abstand variabel einstellbar ist. Dabei hat das untere und/oder das obere Element eine zur Steigrohrachse geneigt verlaufende Fläche, welche mit der
Keilfläche des Metallkeils derart zusammenwirkt, daß der Metallkeil bei einer Verringerung des Abstandes zwischen oberem und unterem Element radial auf das Steigrohr zubewegt wird. Durch Variation des Abstandes zwischen oberem und unterem Element kann somit die Klemmkraft, mit welcher das Rohr von den Metall- keilen festgehalten wird, dosiert werden. Dabei ist es bevorzugt, daß die geneigt verlaufende Fläche am unteren Element angebracht ist, da in diesem Falle eine nach unten gerichtete axiale Belastung auf das Steigrohr, die sich auf den Metallkeil überträgt, den Metallkeil entlang der geneigten Fläche näher auf das Steigrohr zu- rutschen läßt, so daß die Klemmwirkung noch erhöht wird. Eine derartige Halterung wird daher im Bedarfsfalle (axiale Belastung) noch von selbst verstärkt.
In einer nebengeordneten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Halterung, bei welcher sich zwischen Halterung und Steigrohr eine Dichtung befindet, kann der Anpressdruck der Dichtung an die Außenoberfläche des Steigrohres auf einen von der axialen Belastung unabhängigen Mindestwert eingestellt werden.
Bei den Steigrohr-Halt erungen nach dem Stand der Technik befindet sich eine Dichtung zwischen der Halterung und der Außenoberfläche des Flansches des Steigrohres. Die parallel oder gegebenenfalls schräg zur Steigrohrachse gerichtete Lage dieser Dichtung führt dazu, daß sich axiale Belastungen auf das Steigrohr zumindest mit Teilkomponenten auf die Dichtung übertragen. Dies kann zum einen zu einer enormen Belastung für die Dichtung führen, zum anderen wird der Anpressdruck und damit die Dichtwirkung durch die axiale Belastung bestimmt. Bei geringer axialer Belastung ist auch die Dichtwirkung gering. Bei der erfindungsgemäßen Halterung kann dagegen der Anpressdruck der Dichtung zwischen Halterung und Steigrohr unabhängig von der axialen Belastung auf einen Mindestwert eingestellt werden. Dies garantiert, daß auch bei geringer axialer Belastung eine ausreichende Dichtung vorliegt, so daß keine Gase aus dem unter Überdruck stehenden Ofenraum in die Umgebung gelangen können.
In einer speziellen Ausgestaltung der zuletzt genannten Halterung ist die Dichtung zwischen der Außenoberfläche des Steigrohres und einer parallel hierzu verlaufenden Fläche der Halterung angeordnet, wobei die genannten Flächen vorzugsweise parallel zur Steigrohrachse verlaufen. Da die axialen Belastungen definitionsgemäß in Richtung der Steigrohrachse verlaufen, kann sich (außer durch Reibung) keine Kompo- nente dieser Belastungen auf die Dichtung und die gegenüberstehende Fläche der
Halterung übertragen. Der Anpressdruck der Dichtung ist somit nahezu völlig unab- - o -
hängig von der axialen Belastung des Steigrohres. Hierdurch wird eine ausreichende Dichtung des Ofenraumes auch dann garantiert, wenn variable axiale Belastungen vorliegen oder wenn durch unterschiedliche Wärmedehnungen Verschiebungen innerhalb der Halterung vorkommen.
Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert.
Figur 1 zeigt ein Steigrohr nach dem Stand der Technik mit rechtwinkeligem Flansch.
Figur 2 zeigt ein Steigrohr nach dem Stand der Technik mit konischem Flansch.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung von Steigrohr und Halterung.
In Figur 1 ist ein Schnitt durch die Halterung 2 eines Steigrohres 1 dargestellt. Das
Steigrohr kommt aus einer unterhalb gelegenen (nicht dargestellten) Leichtmetallschmelze, welche sich in einem Raum mit dem Ofendeckel 7 befindet. Oberhalb des Steigrohres 1 befindet sich (schematisch angedeutet) die Kokille 4 bzw. ein Zwischenrohr. Das dargestellte Steigrohr 1 hat einen rechtwinklig abstehenden Flansch 3, welcher rundum von der Halterung 2 aufgenommen wird.
Dieser Typ von Steigrohrhalterung stellt die verbreitetste Variante dar. Die mechanische Einspannung bedingt, daß nur eine eingeschränkte axiale Kraft 9 aufgebracht werden kann, da hierbei Zugspannungen am Ansatz 8 der Flansche induziert werden, die zu Rissen führen können. Die axiale Kraft entsteht durch das Ankoppeln der
Gießform (Kokille) an das Steigrohr. Die Tatsache, daß nur eine begrenzte Kraft aufgebracht werden kann, beinhaltet die Gefahr, daß durch ungenügende Pressung der Dichtung 5 zwischen Kokille 4 und Steigrohr 1 Metallschmelze austreten bzw. Luft einströmen kann. Ferner hat es sich in der Praxis gezeigt, daß durch Schwankungen in der Kompressibilität der Dichtungen 6 am Flansch des Steigrohres
Risse und Undichtigkeiten entstehen. Weiterhin ist zu beachten, daß eine axiale Kraft, die sich auf das Steigrohr 1 überträgt, zu einer Kompression der unteren Dichtung 6 führt, während die obere Dichtung 6 am Flansch entsprechend entlastet wird. D.h., daß es um die obere Dichtung herum zu Undichtigkeiten kommen kann.
In Figur 2 ist eine andere Variante für eine Halterung von Steigrohren nach dem
Stand der Technik dargestellt. Hierbei befindet sich am Ende des Steigrohres 1 ein konischer Flansch 11. Die geneigte Fläche dieses Flansches liegt dabei über eine Zwischendichtung 12 auf einer entsprechend geneigten Fläche der Halterung 10 auf. Diese Variante ist in der Regel sehr massiv im Flanschbereich, und es ist eine hohe axiale Belastung (>100kN) möglich. Dadurch kann eine sichere Abdichtung zwischen Kokille 4 und Steigrohr 1 erreicht werden. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnung zwischen Halterung 10 und Rohr 1 bewegt sich das Rohr bei gleichbleibender axialer Kraft jedoch um typischerweise 0,2 mm nach unten. Wenn die Kokille diese Bewegung nicht mitmacht, muß diese Strecke durch die Elastizität der Dichtungen 12,13 ausgeglichen werden. Dies führt zu entsprechenden Anforderungen an die Materialeigenschaften dieser Dichtungen. Weiterhin ist zu beachten, daß auf die Dichtung 12 zwischen der Außenoberfläche des Steigrohres 1 (bzw. dessen Flansches 11) und der Halterung 10 eine Komponente der axialen Kraft 9 wirkt. Dies führt dazu, daß der Anpressdruck dieser Dichtung und damit die Dicht- Wirkung von der axialen Belastung des Steigrohres 1 abhängen. Insbesondere kann eine zu geringe axiale Belastung zu einer unzureichenden Dichtigkeit führen.
Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Steigrohr mit einer zugehörigen erfindungsgemäßen Halterung. In bekannter Weise führt das Steigrohr 1 aus der Metallschmelze durch den Ofendeckel 7 zur Kokille 4 bzw. einem zwischengeschalteten Zwischenrohr. Weiterhin befindet sich in bekannter Weise zwischen der Kokille 4 bzw. dem Zwischenrohr und dem Steigrohr 1 eine Dichtung 14, deren Dichtheit durch eine entsprechend große axiale Kraft 9 garantiert wird.
Anders als die bekannten Halterungen besitzt das erfindungsgemäße Steigrohr 1 jedoch keinen Flansch. Vielmehr wird es flanschlos von einer "Klemmhalterung" ge- - o -
halten. Dabei besitzt das Steigrohr 1 eine Vertiefung 20, die als Nut z.B. das gesamte Rohr umlaufen kann. Es können auch mehrere solcher Nuten in verschiedenen Abständen am Rohr vorhanden sein, so daß das Rohr problemlos an verschiedenen Stellen und damit in verschiedenen Höhen eingespannt werden kann.
In die Nut 20 greifen Metallkeile 15 ein. Die im Schnitt dargestellten Metallkeile 15 können sich z.B. als 4-fach geteilter Ring um das Rohr herum erstrecken.
Die Metallkeile 15 werden ihrerseits von einer Halterung umfaßt, welche aus einem unteren Element 16 und einem oberen Element 17 besteht. Das untere Element 16 hat dabei eine relativ zur Steigrohrachse geneigte Fläche 21, welche mit der Keilfläche des Metallkeiles 15 derart zusammenwirkt, daß eine Verkürzung des Abstandes zwischen unterem Element 16 und oberen Element 17 den Keil nach innen - Richtung Steigrohrachse - schiebt und somit für einen verstärkten radialen Druck auf das Steigrohr sorgt. Die Klemmhalterung des Steigrohres kann damit quasi beliebig fest gestaltet werden, indem ein entsprechend hoher Klemmdruck erzeugt wird. Um die einstellbare Abstandsverringerung zwischen unterem Element 16 und oberen Element 17 bewirken zu können, sind beide als gegeneinander verschraubbare Elemente ausgestaltet.
Bei der erfindungsgemäßen Halterung ist weiterhin anders als beim Stand der Technik die Dichtung 19 zwischen Außenoberfläche des Steigrohres 1 und Halterung 16 so angeordnet, daß sie sich zwischen zwei parallel zur Steigrohrachse verlaufenden Flächen befindet. Dies hat die Wirkung, daß vom Steigrohr - außer über Reibung - keine axiale Belastung auf die Dichtung 19 übertragen wird. Der Anpressdruck der Dichtung 19 an das Steigrohr 1 wird vielmehr allein dadurch bestimmt, wie fest die Dichtung 19 von der Halterung 16 angepresst wird. Auch völlig ohne axiale Belastung im Steigrohr 1 ist somit ein Anpressdruck gewährleistet, der ein ausreichendes Abdichten durch die Dichtung 19 sicherstellt. Davon unabhängig führt eine auftretende axiale Belastung im Steigrohr 1 noch zu einer Verstärkung der Dichtwirkung. Die Dichtung 19 erhält dann nämlich über die Metallkeile 15 und die zwischengeschobenen Metallscheiben 18 von oben her einen Teil des axialen Druckes, was zu einer zusätzlichen Kompression der Dichtung 19 und damit zu einer Erhöhung der Dichtwirkung führt.
Die mit der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgte Trennung der Funktionen Halten/Positionieren und Abdichten erlaubt übliche Toleranzen für die Abmessungen von Halterung und Steigrohr und für die Kompressibilität des Dichtmaterials. Die Positionierung mittels der Metallkeile erlaubt eine genaue und sichere Positionierung des Steigrohres. Die unabhängig davon angebrachte Dichtung 19 sorgt für die notwendige Gasdichtigkeit. Die gesamte Konstruktion erlaubt hohe axiale Kräfte 9, so daß ein sicheres Abdichten auch zwischen Steigrohr 1 und Kokille 4 (bzw. Zwischenrohr) erreicht wird.
Das in Figur 3 dargestellte Steigrohr 1 weist eine Nut 20 auf. Diese hat die Funktion, die Reibungskraft zwischen Steigrohr 1 und Metallkeil 15 zu erhöhen. Dieser Effekt könnte aber auch durch andere Maßnahmen erreicht werden, wie z.B. rauhe oder strukturierte Oberflächen von Steigrohr und/oder Metallkeil.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Rohre mit Flansch sind in der Herstellung deutlich aufwendiger als die erfindungsgemäßen Rohre ohne Flansch. Üblicherweise werden für die Herstellung von Steigrohren die Formgebungsverfahren isostatisches Pressen oder Schlickergießen angewendet. Für die Herstellung der erfindungsge- mäßen flanschlosen Rohre sind dagegen weitere Formgebungsverfahren denkbar, die bei Rohren mit Flansch in der Regel nicht angewendet werden (z.B. Extrudieren).
Zudem bietet sich eine Standardisierung der Rohre an, da die Position des Rohres in der Klemmhalterung leicht variiert werden kann. Bei der in Figur 3 dargestellten erfindungsgemäßen Variante ließe sich das durch mehrere Nuten 20 im Steigrohr 1 und/oder eine Verschiebung der "Nase" am Metallkeil 15 erreichen. Ein weiterer Vorteil ist die leichte Montage und Demontage, da die Metallhalterung nicht über den unteren Teil des Steigrohres 1 geschoben werden muß, der in die Metallschmelze eintaucht. Besonders vorteilhaft ist diese Tatsache, wenn der untere Teil des Steigrohres teilweise mit einem Schutz (z.B. einer Fasermatte wie in DE
196 39 358-A1 beschrieben) versehen ist.
Das Grundprinzip der Halterung nach Figur 3 besteht darin, daß die Steigrohre im Ofen mit einer Klemmhalterung befestigt sind. In der speziell dargestellten Ausge- staltung wird dabei das Steigrohr 1 beim Zusammenschrauben der Halterung 16,17 durch den (Metall-)Keil 15 festgeklemmt. Dabei führt eine aufgebrachte axiale Last 9 zu einer simultanen Verfestigung der Klemmverbindung, da ein Druck "nach unten" auf das Steigrohr 1 die Metallkeile 15 mitzunehmen versucht, woraufhin diese aufgrund der geneigten Fläche 21 am unteren Haltungselement 16 dazu tendieren, sich auf das Steigrohr zuzubewegen und dieses daher zunehmend festzuklemmen.
Eine vorteilhafte Eigenschaft der erfindungsgemäßen Halterung entsteht ferner dadurch, daß die Dichtung 19 unabhängig von der mechanischen Einspannung des Steigrohres 1 angebracht wird. Die in Figur 3 dargestellte Anordnung führt dabei dazu, daß bei eintretender Wärmedehnung der Halterung (relativ zum Steigrohr 1) die Dichtung 19 nachgepresst wird. Eine Wärmedehnung beim Betrieb der Vorrichtung führt daher zu einer Verstärkung der Dichtwirkung.
Die Steigrohre und/oder Halterungen bestehen vorzugsweise aus einem keramischen, besonders bevorzugt sinterkeramischen Material. Dieses kann überwiegend aus
Werkstoffen auf SiO2 -Basis (z.B.: DFS = Dense Fused Silica (DFS), Werkstoffen auf SiC-Basis (z.B.: Oxid- oder Nitrid-gebundenes SiC, rekristallisiertes oder gesintertes SiC), Werkstoffen auf Aluminiumtitanat-Basis (z.B.: Aluminiumtitanat- Mullit) Werkstoffen auf Siliciumnitrid-Basis (z.B.: Siliciumnitrid, SiAlON) oder Werkstoffen auf Graphitbasis (z.B. Ton-Graphit) bestehen. Besonders bevorzugt wird Aluminiumtitanatkeramik eingesetzt, z.B. wie in DE 38 14 079-A1 und DE 4029 166-A1 beschrieben.
Die Erfindung ist nicht auf die in der Figur beispielhaft dargestellte Halterung beschränkt. Sie umfaßt vielmehr alle für den Fachmann zugänglichen Verfahren zur
Befestigung eines Steigrohres in einer (Niederdruck-)Gießanlage, bei denen das Steigrohr mittels einer Klemmvorrichtung positioniert und abgedichtet wird.
Die erfindungsgemäßen Steigrohre und Halterungen können bevorzugt bei der Verarbeitung von Metallschmelzen bei Niederdruck- und Gegendruckkokillengießverfahren eingesetzt werden.
Bezugszeichen
1 Steigrohr
2 Halterung 3 rechtwinkliger Flansch
4 Kokille bzw. Zwischenrohr
5 Dichtung
6 Dichtung
7 Ofendeckel 8 Knickstelle
9 axiale Kraft
10 Halterung
11 konischer Flansch
12 Dichtung 13 Dichtung
14 Dichtung
15 Metallkeil
16 unteres Halterungselement (Schraube)
17 oberes Halterungselement (Schraube) 18 Metallscheibe
19 Dichtung
20 Nut
21 geneigte Fläche

Claims

Patentansprüche
1. Steigrohr für Metallschmelzen, mit einem Kopplungsbereich, der mit einer Halterung des Steigrohres zusammenwirken kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsbereich durch Vertiefungen in der Außenoberfläche des
Steigrohres gebildet wird.
2. Steigrohr für Metallschmelzen, mit einem Kopplungsbereich, der mit einer Halterung des Steigrohres zusammenwirken kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsbereich durch eine Aufrauhung der Außenoberfläche des
Steigrohres gebildet wird.
3. Steigrohr nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff sinterkeramisches Material auf Basis von Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid, Siliciumnitrid mit Aluminium- Anteilen
(SiAlON) oder Graphit verwendet wird.
4. Halterung für ein Steigrohr für Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (15, 16, 17) so ausgebildet ist, daß mit ihr eine dosierbare und in bezug auf die Steigrohrachse radiale Klemmkraft auf die Außenoberfläche des Steigrohres (1) ausgeübt werden kann.
5. Halterung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkraft über Metallkeile (15) übertragen wird.
6. Halterung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem in Richtung der Steigrohrachse unteren Element (16) und einem zugeordneten oberen Element (17) besteht, der axialer Abstand variabel einstellbar ist, wobei das untere und/oder das obere Element eine zur Steigrohrachse geneigt verlaufende Fläche (21) hat, die mit der Keilfläche des Metallkeils (15) derart zusammenwirkt, daß der Metallkeil bei einer Verringerung des Abstandes zwischen oberem und unteren Element radial auf das Steigrohr zubewegt wird.
7. Halterung für ein Steigrohr für Metallschmelzen mit einer zwischen der Halterung und dem Steigrohr angeordneten Dichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpressdruck der Dichtung (19) an die Außenoberfläche des Steigrohres (1) auf einen von der axialen Belastung (9) unabhängigen Mindestwert eingestellt werden kann.
8. Halterung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (19) zwischen der Außenoberfläche des Steigrohres (1) und einer parallel hierzu verlaufenden Fläche der Halterung (16) angeordnet ist, wobei die genannten Flächen vorzugsweise parallel zur Steigrohrachse verlaufen.
9. Verwendung von Steigrohren nach den Ansprüchen 1 bis 3 und Halterungen nach den Ansprüchen 4 bis 8 für die Verarbeitung von Metallschmelzen beim Niederdruck- und Gegendruck-Kokillengießverfahren.
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