Einrichtung für die Abgabe von Ladungen geschmolzenen, leicht oxydierenden Metalles Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrich tung für die Abgabe von Ladungen geschmolzenen Metalles z. B. in eine Giessvorrichtung, und zwar von Ladungen aus einem leicht oxydierbaren Metall, wie z. B. Magnesiumlegierung.
Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Schmelztiegel, der geschmolzenes Metall enthalten kann, das unter der Wirkung der Schwerkraft über ein aus dem Tiegel herausführendes, abwärts geneigtes Rohr schussweise abgegeben werden kann, ein Ventil an dem vom Schmelztiegel entfernt liegenden Abgabeende zur Regelung der Abgabe des geschmolzenen Metalles aus dem Rohr,
wobei das genannte Ventil einen Ventilkörper mit einer axialen Bohrung vom einen zum andern Ende und eine mit dem Abgabeende des Rohres verbundene Öffnung zwischen den beiden Enden der axialen Bohrung besitzt und das obere Ende der Bohrung im Ventilkörper oberhalb des höchsten im Betrieb möglichen Flüssigkeitsspiegels des geschmolzenen Metalles im Tiegel liegt, einen Ventilsitz im untern Ende der Bohrung des Ventil körpers, wobei der Ventilsitz einen Ring besitzt, des sen Innenumfangsfläche zylindrisch ist und dessen oberes Ende vom äussern zum innern Umfang geneigt ist, so dass sich eine konische Ausnehmung mit einem Neigungswinkel von 20 bis 120 bildet, einen Ventil schaft, der sich am obern Ende in den Ventilkörper erstreckt,
am untern Ende des Ventilschaftes ein Halbkugelform aufweisendes Ventilabschlussstück, das mittels des Ventilschaftes auf die obere Fläche des Ventilsitzes gedrückt werden kann, um den Durch gang durch den Ring zu sperren, wobei die Länge des Durchganges durch die Öffnung in dem Ring den Wert von 6,35 mm nicht übersteigt. Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes ist in der beigefügten Zeichnung veranschau licht. Es zeigen: Fig. 1 zum grossen Teil im Schnitt einen Aufriss einer Ausführungsform der Einrichtung zum Ab geben gegossenen Metalles, Ladung für Ladung in den Giesszylinder einer Spritzgussmaschine und Fig. 2 in vergrössertem Massstab im Schnitt einen Teil des Abgabeventils nach Fig. 1.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Ofeneinfassung mit einem Heizbrenner 2 und einem Abzug 3. Innerhalb der Ofeneinfassung .sitzt ein Schmelztiegel 4, das heisst Metallzufuhrbehälter mit einem Rand 5, der auf der Ofeneinfassung ruht. Der Schmelztiegel ist vorzugsweise mit einem Deckel 6 versehen, der eine Beschickungsöffnung 7 aufweist, die mittels eines abnehmbaren Deckels 8 geschlossen werden kann. Die Seitenwand 9 des Behälters 4 ist in der Nähe des Bodens 10 mit einer Öffnung 11 versehen, durch die ein Auslassrohr 12 hindurchgeht, dessen Aussen seite um die Öffnung 11 mit der Wand 9 des Be hälters 4 verschweisst oder in anderer Weise dicht mit der Wand 9 verbunden ist.
Das Ende des Rohres im Behälter 4 ist vorzugsweise mit einem Hilfsventil versehen, mit dessen Hilfe der Zufluss von geschmol zenem Metall aus dem Behälter in das Rohr nach Wunsch gesperrt werden kann. Das Ventil 14 wird durch einen Ventilschaft 15 betätigt, der sich vom Ventilabschlussstück durch eine Öffnung 16 im Be hälterdeckel 6 nach oben erstreckt.
Das Rohr 12 führt in der Nähe der Abgabestelle für das geschmolzene Metall aus dem Behälter und besitzt gegenüber der Horizontalen etwas Neigung (z. B. 1 bis 10 , wobei das Rohr vom Behälter weg oder auf den Behälter zu steigen mag), um so zu bewirken, dass Gasblasen, die sich im Rohr bilden oder in dieses gelangen, nach einem der beiden Enden wandern. In der Zeichnung steigt das Rohr zum Behälter 4 hin etwas an. Da das Rohr 12 in seiner Gesamtheit tiefer liegt als die Oberfläche des geschmolzenen Metalles und infolgedessen auch unter der Oberfläche des geschmolzenen Metalles in den Behälter mündet, fliesst das geschmolzene Metall unter der Wirkung der Schwerkraft durch das Rohr 12.
Am Abgabeende des Rohres sitzt das Ventil für die schussweise Abgabe des flüssigen Metalles. Das Ventil ist mit 17 bezeichnet. Es besitzt einen Ventil körper 18 mit einer zylindrischen Bohrung 19, an deren Seite sich eine Einlassöffnung 20 befindet, die mit der Bohrung des Rohres 12 verbunden ist, so dass für das geschmolzene Material ein unbehinderter Durchflussweg vom Schmelztiegel zur zylindrischen Bohrung 19 besteht, wenn das Ventil 14 offen ist. Sowohl der Ventilkörper 18 wie auch das Rohr 12 sind mit Wärmeisolation 21 versehen und mit Heiz- mitteln ausgerüstet, wie z. B. dem elektrischen Heiz- element 22, mittels dessen das Ventil und das Rohr auf der passenden Betriebstemperatur gehalten wer den kann.
Die Längsachse der zylindrischen Bohrung 19 ist mit 32 bezeichnet und am untern Ende der Boh rung 19 ist ausgerichtet mit der Achse 23 ein Ventil sitz 24 in Form eines Ringes mit einer zentralen Öffnung 25 angeordnet. Der äussere Umfang 26 des Ringes ist durch Schweissung oder in anderer Weise dicht mit dem Ventilkörper 18 verbunden. Die obere Seite 27 des Ringes 24 ist abgeschrägt und fällt nach innen gegen die Öffnung 25, so dass der Ring durch die Abschrägung oben wie mit einer konischen Ausnehmung versehen aussieht. Die Dicke des Ventilsitzes überschreitet bei der Öffnung nicht den Wert von etwa 6,35 mm.
Die Verbindung zwischen der Bohrung 19 und der Öffnung 25 steht unter der Kontrolle des Ventilverschlussstückes 28, das halbkugelförmig ausgebildet ist und an dem Ventilschaft festsitzt, sei es, dass es an dem Ventil schaft 29 befestigt ist oder mit diesem ein einziges Ganzes bildet. Der Ventilschaft 20 besitzt einen zylindrischen Teil, z. B. eine Stange, die zentral angeordnet und für Längsbewegung in der Bohrung des Ventilkörpers vorgesehen ist. Nahe beim untern Ende des Ventilschaftes 29 sind um diesen Abstand halter 30 angeordnet und an dem Schaft befestigt, so dass die Abstandhalter das untere Ende des Ventil schaftes zentral in dem Ventilkörper halten und doch ein gewisses Mass an Spiel, z. B. 0,76 mm, belassen.
Das obere Ende des Ventilschaftes erstreckt sich aus der obern Öffnung des Ventilkörpers durch eine Büchse 31, deren zentrale Öffnung 32 vorzugs weise einen etwas grösseren Durchmesser aufweist als der Ventilschaft, z. B. um etwa 1 mm grösser. Die Büchse 31 hälft den obern Teil des Ventil schaftes in der Hauptsache zentral in dem Ventil körper. In der Büchse befindet sich eine Öffnung 33, mit der eine Rohrleitung 34 einer Lieferquelle für Schutz- oder inertes Gas verbunden ist. Den Raum unterhalb der Öffnung 25 umgibt ein rohrför- miger Ring 35.
An der Innenseite des Ringes sind eine Reihe von Öffnungen 36, die die Verteilung eines inerten Gases um den Raum unterhalb der Öffnung ermöglichen, gebohrt. Der rohrförmige Ring 36 ist über ein Rohr 37 an eine nicht gezeigte Liefer quelle für Schutz- oder inertes Gas angeschlossen.
Am obern Ende des Ventilschaftes 29 ist ein Kolben 38 befestigt, der in einem Zylinder 39 bewegt wird, um dem Ventilschaft 29 eine Längs bewegung zu erteilen und so das Ventilverschluss- stück 28 auf den Ventilsitz 24 zu drücken oder von diesem abzuheben, damit der Durchgang von der Bohrung 19 zur Öffnung 25 freigegeben bzw. ge schlossen wird. Hydraulische Leitungen 40 und 41 sind an die beiden Enden des Zylinders 39 ange schlossen und verbinden den Zylinder mit einer nicht gezeigten Lieferquelle für ein hydraulisches Fluid, das nach Wunsch verwendet wird, um den Kolben 38 zu bewegen.
Ein Teil einer Spritzgussmaschine, mit der zu sammen die hier beschriebene Einrichtung verwendet werden kann, ist in Fig. 1 in Betriebsstellung mit dem Ventil 17 gezeigt. Der gezeigte Teil weist übliche Form auf und besteht aus einem in der Hauptsache waagrecht liegenden Zylinder 42 mit einer Öffnung 43 für die Aufnahme einer Beschickungsladung. Die Öffnung 43 befindet sich unterhalb der Öffnung 25 des Ventils in solcher Lage, dass die Achslinie 23 der Bohrung des Ventilkörpers durch die Mitte der Öffnung 43 geht.
Ein Kolben 44 ist in dem Zylin der 42 hin und her beweglich angeordnet, um damit den jeweils angelieferten Schuss geschmolzenen Me- talles in den Hohlraum einer Gussform zu drücken. In den üblichen Anordnungen solcher Giesseinrich tungen ist der Zylinder 42 an einem feststehenden Tiegel 45 montiert, der eine Hälfte 46 der Giessform trägt. Die andere Hälfte 47 der Giessform ist an einem beweglichen Tiegel 48, durch den die beiden Hälften zusammengebracht, für den Giessvorgang in dieser Stellung gehalten und für das Entfernen des Gussstückes aus der Form wieder getrennt werden können.
Der bewegliche Tiegel wird durch die Stange 49 bewegt: Um das Verspritzen des durch das Ventil in den Zylinder abgegebenen geschmolzenen Metalles zu verhindern, liegt die Achse 23 der Bohrung des Ventils in der gleichen Ebene wie die Längsachse 50 des Zylinders 42 und ist in die Richtung geneigt, in der der Schuss geschmolzenen Metalles durch den Zylinder in die Giessform fliesst. Die Grösse der Neigung ist hierbei von entscheidender Bedeutung. Durch praktische Versuche wurde gefunden, dass die Achse 23 der Bohrung des Ventils mit der Längs achse 50 des Zylinders einen Winkel zwischen 45 und 76 einschliessen sollte.
Die beschriebene Vorrichtung ist insbesondere geeignet, um geschmolzenes Magnesium und Legie rungen auf Magnesiumbasis (das heisst Legierungen aus Magnesium, dessen Anteil an der Legierung 80 Gew a/o überschreitet) abzugeben, z. B. beim Spritzgiessen dieser Metalle, und der Betrieb der Vorrichtung wird nachfolgend im Zusammenhang mit der schussweisen Abgabe von solchem Metall an die Spritzgussmaschine beschrieben.
Zu Beginn ist das Ventil 14 geschlossen und das zu giessende Metall ist in dem Schmelztiegel 4 auf Giesstemperatur zu bringen. Das Rohr 12 und das Ventil 17 werden durch Erregen des Heizelementes 22 auf ähnliche .Temperatur gebracht. Die Öffnung 25 ist dadurch geschlossen, dass das Ventilverschluss stück 28 auf den Ventilsitz 24 aufgesetzt wurde, indem der Kolben 38 so bewegt wurde, dass sich der Ventilschaft abwärts schob. Durch das Rohr 34 wird Schutzgas in das Innere des Ventilkörpers ein geführt und in den rohrförmigen Ring 35 wird inertes Gas geliefert, bevor das Ventil 14 geöffnet wird. Das Ventil 14 wird geöffnet, wenn das Rohr 12 und das Ventil 17 auf Betriebstemperatur ge bracht sind, das heisst auf eine Temperatur, die etwa der des geschmolzenen Metalles entspricht.
Durch das Öffnen des Ventils 14 kann das geschmolzene Metall aus dem Tiegel 4 unter der Wirkung der Schwerkraft in das Ventil 17 fliessen und dieses Ventil bis zur gleichen Höhe auffüllen, auf der sich der Flüssigkeitsspiegel im Tiegel 4 befindet. Der Ven tilkörper 17 ist so lange gemacht, dass sein oberes Ende 51 sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des geschmolzenen Metalles im Schmelztiegel befindet. Der Abstand zwischen dem untern Teil der Büchse 31 und dem Flüssigkeitsspiegel des geschmolzenen Metalles im Ventilkörper 17 sollte mindestens von gleicher Grösse sein wie die Länge des Weges der Bewegung des Ventilschaftes 29 beim Öffnen des Ventils 28.
Auf diese Weise besteht im Innern des Ventils, unter der Büchse 31 ständig ein gasgefüllter Raum 52, und das geschmolzene Metall wird beim Öffnen und Schliessen des Ventils durch den Ventil schaft nie bis zu dieser Büchse mitgenommen. Wenn das Ventil also bis zur gleichen Höhe wie der Schmelztiegel mit geschmolzenem Metall gefüllt ist, ist die Vorrichtung betriebsbereit und kann das Metall Schuss für Schuss in die Spritzgussmaschine abgeben.
Jeweils ein Schuss geschmolzenen Metalles kann durch Betätigen des Kolbens 38 abgegeben werden, wobei die Menge eines jeden Schusses von der Länge des Zeitintervalles abhängig ist, während des sen das Ventilverschlussstück vom Sitz abgehoben ist. Mit einer Ausflussöffnung 25 von 22 mm und einer Höhe des Standes des Metalles von etwa 457,2 mm kann in zwei Sekunden ein Schuss Magne siumlegierung von 1,58 kg und ein Schuss von 0,453 kg in etwa 0,8 Sekunden bei einem Ventilhub von 15,8 bis 31,75 mm abgegeben werden.
Bei der beschriebenen Einrichtung wird das ge schmolzene Metall durch die Öffnung 25 unter. Wir kung der Schwerkraft beim Öffnen des Ventils in glattem, geschlossenem zylindrischem Strom abgege ben, der dann beim Schliessen des Ventils plötzlich und ohne nachzurinnen oder zu tröpfeln unterbrochen wird.
Infolge des Fehlens von Nachrinnen oder Tröpfeln und infolge der Tatsache, dass die kugel förmige Oberfläche des Ventilverschlussstückes eine schmale Kontaktfläche mit der schräg verlaufenden Oberfläche des Ventilsitzes bildet, wodurch ein ge ringer Druck auf den Ventilschaft genügt, um das Ventil ohne Behinderung durch etwaige Schlacke zu schliessen, kann die Menge der vom Öffnen bis zum Schliessen des Ventils abgegebene Menge genau be messen werden.
Beispielsweise bewirkt ein Druck in der Grössenordnung von 45,3 bis 101,2 kg auf den Ventilschaft 29 bei Verwendung eines halbkugel förmigen Ventilabschlussstückes mit einem Durch messer von 25,4 mm und einem konisch abgeschräg ten Sitz mit einem Winkel 53 von mindestens 20 und höchstens 120 ein vollständiges Abdichten, ohne dass das Ventil die Neigung zeigt, dass Sitz und Ver- schlussstück kleben.
Wegen des sehr kleinen Quer schnittes der Oberfläche der Ventilteile unterhalb des Abschlusses, wenn das Ventilabschlussstück auf dem Sitz aufsitzt, und infolge des schmalen Kontaktes zwischen dem Ventil und seinem Sitz bleiben diese Oberflächen trotz der Neigung der geschmolzenen Magnesiumlegierung, in Gegenwart von Luft Schlak- ken zu bilden, die an allen festen Metalloberflächen, über die das Metall fliesst, anzuhaften suchen, voll kommen sauber.
Durch Verwenden eines Schutzgases im Raum oberhalb des geschmolzenen Metalles im Ventil und unterhalb der Büchse wird die Verwen dung einer Stoffbuchse um den Ventilschaft mit all den damit verbundenen Schwierigkeiten überflüssig. Da der Durchmesser der zentralen Öffnung 32 der Büchse 31 etwas grösser ist als der Durchmesser des Ventilschaftes 29, wird der Durchtritt von Schutzgas zwischen Ventilschaft und Führungsring möglich. Dadurch wird die atmosphärische Beein flussung von geschmolzenem Metall im Ventil ver hindert, ohne dass sich für den Ventilschaft beim Betätigen des Ventils 28 Schwierigkeiten zeigen, und es ergibt sich ein langer störungsfreier Betrieb des Ventils.
Gas, das aus dem geschmolzenen Metall im Rohr 12 frei wird und je nach der Neigung des Rohres 12 zum einen oder andern Ende des Rohres wandert, kann nicht in den Schuss geschmolzenen Metalles gelangen, das durch das Ventil abgegeben wird. Wenn dass Ventil 17 und Rohr 12 ausser Betrieb gesetzt werden sollen, ist das Ventil 14 zu schliessen und das geschmolzene Metall im Ventil 17 durch Anheben des Ventilabschlussstückes von seinem Sitz zur Entleerung zu bringen.