DE3342836C2 - Drehverschluss für schmelzflüssige Werkstoffe, insbesondere Metall-Schmelzen - Google Patents

Abstract

Ein Verschlußkegel (7) ist drehbar in einem Stator (8) gelagert. Im geöffneten Zustand des Drehverschlusses kann schmelzflüssiger Werkstoff durch die Durchflußöffnung (10) hindurchfließen. Um Lageungenauigkeiten oder Lageveränderungen des Verschlußkegels als Folge von Wärmedehnungen o. dgl. auszugleichen und damit ein Klemmen des Verschlusses zu verhüten, ist zwischen dem Verschlußkegel (7) und den Antriebsorganen (40, 46) eine Kupplung (31) vorhanden. Diese Kupplung (31) ist so ausgebildet, daß sie Drehmomente übertragen kann, zugleich aber Achs-Parallelversetzungen und Winkelverlagerungen des Verschlußkegels (7) relativ zu den Antriebsorganen aufnehmen kann. Der Verschlußkegel (7) wird durch Federn (58) in seinen Sitz gepreßt. Der Drehverschluß kann infolge seiner quer zur Drehachse verlaufenden Durchflußöffnung (10) auch starr zwischen zwei Anlagenteile mit festem gegenseitigem Abstand eingebaut werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehverschluß für schmelzflüssige Werkstoffe, insbesondere Metall-Schmelzen, mit einem Verschlußkörper, der drehbar in einem Stator angeordnet ist und eine durch Drehung verschließbare Durchflußöffnung aufweist, welche die Mantelfläche des drehbaren Verschlußkörpers durchdringt.

Bei Verschlüssen für schmelzflüssige Werkstoffe sollen diese während einer Vielzahl von Öffnungs- und Schließbewegungen und unter Anwesenheit hohe Temperaturen aufweisender Schmelze die Dichtheit entlang den G:eitflächen der Verschlußkörper gewährleisten und dadurch ausgedehnte Betriebsperioden ohne Unterhaltsarbeiten oder Wechsel der Verschlußorgane erlauben. Erschwerend kommt hinzu, daß die Verschlußorgane unter keinen Umständen durch Wärmedehnungen oder Verlagerungen der Verschlußkörper derart blockieren dürfen, daß sie sich auch unter erhöhtem Kraftaufwand nicht mehr öffnen oder gar schließen lassen. Hinzu kommt die weitere Schwierigkeit, daß die aus hitzebeständigem, nichtmetallischem Material bestehenden Verschlußteile (Stator, drehbarer Verschlußkörper) bei den erhöhten Betriebstemperaturen unkontrollierte Verformungen erfahren und sich nicht mit den im Maschinenbau üblichen Mitteln in einem Gehäuse befestigen lassen.

Aus der GB-PS 1 83 241 ist bereits ein Drehverschluß der vorgenannten Art bekannt. Bei vielen Schmelzen — insbesondere bei Leichtmetallen — ist jedoch die Verwendung von Sand und Kohle als Verschlußpfropfen oberhalb des drehbaren Verschlußkörpers nicht praktikabel. Außerdem besteht die Gefahr, daß in den durch Wärmedehnung unterschiedlich großen Spalt zwischen den relativ zueinander drehbaren Verschlußteilen Schmelze eindringen kann, die erstarrt und hernach die Bewegung des Verschlusses blockiert.

Aus der DE-PS 20 43 588 ist ein Drehverschluß an einem Behälter für flüssige Schmelzen bekannt, bei dem ein Kegelstumpf mit einem sich in Kegellängsrichtung

erstreckenden, außermittigen Durchflußkanal versehen ist Eine derartige Konstruktion ist nur für einen frei ausfließenden Bodenausguß verwendbar, nicht jedoch für Fälle, bei denen ausflußseitig eine starr mit dem Behälter bzw. dem Verschlußgehäuse verbundene Rohrleitung od. dgl. anschließt.

Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen für schmelzflüssige Werkstoffe geeigneten Verschluß zu schaffen, der auch unter dem Einfluß von Wärmedehnungen und über ausgedehnte Betriebsperioden einwandfrei dichtet, sich zudem sicher öffnen und schließen läßt und bei dem der Einlauf und der Auslauf relativ zueinander fest sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst

Dadurch, daß der Verschlußkegel in seiner axialen Sitzlage sowie bezüglich seiner Drehachse nicht starr fixiert ist, können Wärmedehnungen, die eine Lageveränderung des einen oder andern Verschlußtdls verursachen, kein Klemmen bewirken. Da der Drehverschluß infolge seiner quer zur Drehachse verlaufenden Durchflußöffnung auch fest zwischen zwei Anlagenteile — ϊ. B. zwischen eine Ofenwand und ein Leitungsrohr — mit gegebenem gegenseitigem Abstand eingebaut werden kann, ist es möglich, daß der Durchflußkanal für die Schmelze wahlweise auch eine angenähert horizontale Lage einnehmen kann, z. B. als Verbindung zwischen zwei feststehenden Behältern.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Drehverschluß,

F i g. 2 auf der linken Seite einen Schnitt nach der Linie A-A und auf der rechten Seite nach der Linie B-B in Fig. 1,

F i g. 3 einen zu F i g. I analogen Schnitt durch eine Ausführungsvariante.

Der Drehverschluß ist zum Zusammenwirken mit einem Behälter für schmelzflüssige Werkstoffe, insbesondere Leichtmetall-Schmelzen, bestimmt. Der Drehverschluß weist ein im wesentlichen zylindrisches oder kastenförmiges Gehäuse 2 auf und ragt in einen von feuerfesten Formsteinen 4 und einer Lochplatte 3 in der feuerfesten Behälterauskleidung (nicht dargestellt) gebildeten Hohlraum hinein. Ein Flansch 5 ist Bestandteil der metallischen Behälterwand und dient der Befestigung des Drehverschlußes. Die Lochplatte 3 ist mit einer Öffnung 6 versehen, durch welche flüssige Schmelze aus dem darüber angeordneten Behalterraum zufließt.

Im Innern des Gehäuses 2 befindet sich ein Verschlußkegel 7 in Form eines Kegelstumpfes mit einem Kegelwinkel von etwa 30°. Dieser Verschlußkegel 7 ragt in einen Stator 8 hinein, dessen zentrale öffnung hohlkegelförmig ausgebildet ist, sodaß sich für den Kegel 7 eine passende Sitzfläche 9 ergibt. Der Kegel 7 besteht vorzugsweise aus einem Keramikwerkstoff. Der Stator 8 wird vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Graphitwerkstoff hergestellt. Der Verschlußkegel 7 ist mit einer zylindrischen Durchflußöffnung 10 versehen, die rechtwinklig zu seiner Kegelachse verläuft. Im Stator 8 ist ebenfalls eine Durchgangsöffnung 11 vorhanden, die bei entsprechender Drehlage des Verschlußkegels 7 in Übereinstimmung mit dessen Durchgangsöffnung 10 gebracht werden kann, sodaß dann eine Durchflußverbindung zwischen der öffnung 6 in der Lochplatte 3 und der Bohrung 12 im Ausgußrohr 13 besteht. Das unten offene Ausgußrohr 13 besteht aus feuerfestem Material und wird auswechselbar durch eine Hülse 17 mit Schrauben 19 befestigt. Wie strichpunktiert in F i g. 1 angedeutet, könnte anstelle des Ausgußrohres 13 auch eine Rinne oder eine Rohrleitung angeflanscht sein.

Auf der Stirnseite des Kegels 7 mit dem kleineren Durchmesser befindet sich eine wärmeisolierende Einlage 14, welche über eine Halteplatte 15 durch Schrauben 16 gegen den Stator 8 anpreßbar ist. Diese Schrauben 16 sitzen in einer Gehäusewand 18. Ähnliche wärmeisolierende Einlagen 14' befinden sich an den Seiten des Stators 8, z. Teil ebenfalls über eine Halteplatte 15' gegen das Gehäuse 2 abgestützt (F i g. 2). An der Oberseite ist der Stator 8 bzw. der ganze Verschluß durch eine wärmebeständige Dichtung 20 von der Bodenplatte 3 getrennt, beispielsweise eine keramische Fasermatte, weiche zugleich Wärmedämmwirkung hat. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Stators 8 ist ein wärmeisolierender Ring 22 vorhanden, in dessen öffnung mit radialem Spiel eine Zwischenplatte 24 hineinragt. Diese Zwischenplatte 24 liegt gegen die Stirnseite 26 des Kegels 7 an, wobei zur Übertragung der Drehbewegung drei je um 120° zueinander versetzte, zylindrische Scheiben 28 vorhanden sind, die je in eine entsprechend geformte Ausnehmung in der Stirnseite 26 des Verschlußkegels 7 und in der Zwischenplatte 24 eingreifen.

Die Scheiben 28 sind durch je eine Schraube 30 in der Zwischenplatte 24 gehalten. Die Zwischenplatte 24 ist mit zwei sich diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen 32 versehen, die vorzugsweise als Langlöcher oder als ein diametral verlaufender Schlitz ausgebildet sind. In diese Langlöcher 32 greifen zwei Mitnehmerbolzen 34 mit sphärischen Köpfen ein. Diese Mitnehmerbolzen 34 sitzen fest in einer metallischen Kupplungsplatte 36. Zwei weitere Mitnehmerbolzen 35 ragen nach der anderen Seite. Diese befinden sich in einer zu den Mitnehmerbolzen 34 je um 90° versetzten Position. Somit kreuzen sich Ebenen, welche durch Längsaxen der Mitnehmerbolzen 34 einerseits und durch die Längaxen der Mitnehmerbolzen 35 andererseits gelegt werden, in der Mitte der Kupplungsplatte 36. Die Mitnehmerbol· zen 35 greifen je in eine Ausnehmung 38 eines scheibenförmigen Antriebsorgans 40 ein. Diese Ausnehmungen sind vorzugsweise ebenfalls als Langloch oder als Diametralschlitz ausgebildet.
Die Langlöcher 32 und 38 bzw die Diametralschlitze verlaufen zueinander kreuzweise, d. h. ihre Längsachsen sind um 90° zueinander versetzt. Zwischen der Kupplungsplatte 36 und der Zwischenplatte 24 besteht ein Spalt 42, der sich auch über den Umfang der Kupplungsplatte erstreckt. Ein weiterer Spalt 44 besteht zwischen der Kupplungsplatte 36 und dem Antriebsorgan 40.

Das Antriebsorgiin 40 ist am Umfang als Ritzel 46 ausgebildet, das in ein nicht näher dargestelltes Zahnrad eines motorischen Drehantriebes eingreift. Der mittlere, vom Kegel 7 abgewandte Bereich des Antriebsorgans 40 bildet einen zylindrischen Lagerzapfen 48, der in eine von einem gehäusefesten Ringflansch 50 getragene Lagerbüchse 52 eingreift.

Im Antriebsorgan 40 befinden sich mehrere, vorzugsweise drei kranzartig angeordnete, gleichmäßig verteilte Federbolzen 54, welche gegen eine Ringrippe 56 der Zwischenplatte 24 anliegen. Eine Feder 58 — vorzugsweise in Form eines vorgespannten Tellerfeder-Paketes — liegt gegen eine Ringschulter 60 des Federbolzens 54 an. Das zylindrische Federgehäuse 62 ist durch Schrauben 64 mit dem Antriebsorgan 40 verbunden. Die mit dem Verschlußkegel 7 umlaufenden Federorgane 54,58, 60 gewährleisten dessen sattes Anliegen an der Sitzfläche 9.

Der Drehverschluß bildet eine Baueinheit, die als Ganzes mil einem Schmelze enthaltenden Behälter, z. B. einem Ofen, bzw. mit Rinnen oder Rohrleitungen verbunden bzw. gelöst werden kann. Der Einbau braucht nicht vertikal zu sein, sondern kann auch liegend erfolgen oder er kann Kippbewegungen einer Gießpfanne od. dgl. mitmachen.

Die Wirkungsweise ist folgende: Das Ritzel 46 wird durch einen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Motor angetrieben. Dadurch dreht sich der Verschlußkegel 7 relativ zum Stator 8, sodaß die Durchflußöffnung 10 relativ zu den öffnungen 11 im Stator 8 eine offene oder geschlossene Lage einnehmen kann. Durch die Federbolzen 54 wird eine vorbestimmte axiale Kraft auf den Verschlußkegel 7 ausgeübt, der dadurch gegen die Sitzfläche 9 angedrückt wird. Wärmedehnungen und geringe Axialverschiebungen, z. B. infolge Abrieb bei anhaltendem Betrieb, werden somit von den nachgiebig gelagerten Federbolzen S4 aufgenommen.

Falls zwischen der Drehachse des Ritzels 46 und der Drehachse des Verschlußkegels 7 Winkelabweichungen auftreten sollten, werden diese durch die sich dazwischen befind'iche, gesamthaft mit 31 bezeichnete Kupplung ausgeglichen. Da die Köpfe der Mitnehmerbolzen 34 und 35 sphärisch geformt sind und beidseitig der Kupplungsplatte 36 je ein Spalt 42, 44 vorhanden ist, können Winkelabweichungen aufgenommen werden, ohne daß es zu Klemmerscheinungen der relativ zueinander beweglichen Teile kommt.

Falls Parallelversetzungen zwischen den Drehachsen des Ritzels 46 und des Verschlußkegels 7 vorkommen sollten, werden diese dadurch ausgeglichen, daß die Köpfe der Mitnehmerbolzen 34 sich in den Langlöchern 32 tier Zwischenplatte 24 und die Köpfe der Mitnehmerbolzen 35 in den Langlöchern 38 des Antriebsorgans 40 kreuzweise radial verschieben.

Auf diese Weise können auch überlagerte Winkelabweichungen und Parallelversetzungen die Übertragung der Drehbewegung zwischen dem Ritzel 46 und dem Verschlußkegel 7 nicht behindern, und der genaue Sitz des Kegels im Stator 8 ist auch bei nicht genau reprodu zierbarer Halterung des Stators im Gehäuse oder bei nachträglichen Lageänderungen gewährleistet.

In F i g. 3 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, in welcher gleiche Bezugszahlen gleich Teile wie in den F i g. 1 und 2 bedeuten. Das Gehäuse 2' ist so gestaltet, daß der Drehverschluß leicht zwischen Abschnitte 70 einer Rohrleitung, z. B. für schmelzflüssiges Aluminium, eingebaut werden kann, wobei der stirnseitige Anschluß der Leitungsauskleidung 71 an den Stator 8 beidseitig über eine Mörteischicht oder eine haserfiiz-Dichtung 72 erfolgen kann. An Stelle von drei kranzartig angeordneten Federanordnungen 54, 58, 62 gemäß F i g. 1 ist bei der Ausführungsform nach F i g. 3 nur ein einziger, zentral angeordneter Federbolzen 54 vorhanden, der durch stärkere Federn 58, vorzugsweise Tellerfedern, gegen die Zwischenplatte 24' angedrückt wird. Der Drehantrieb von der Zwischenplatte 24' zum Verschlußkegel 7 erfolgt hier mittels einer Nut- und Keilverbindung 74. Die zentrale Federanordnung 54,58,60 ist stirnseitig im Ende einer Antriebswelle 76 untergebracht, die in einem mit dem Gehäuse 2' fest verbundenen Support 50' gelagert ist. Der Support 50' kann gleichzeitig einen (nicht dargestellten) die Welle 76 antreibenden Motor aufnehmen. Die Drehkupplung 31' zwischen der Welle 76 und der Zwischenplatte 24' ist hier als sogenannte Bogenzahnkupplung ausgebildet, indem der Wellenkopf mit einer Bogenverzahnung 77 und eine den Wellenkopf übergreifende Hülse 78 an der Zwischenplatte 24' mit einer Innenverzahnung 79 mit ausreichendem Radialspiel zur Bogenverzahnung versehen ist.

Auch diese Anordnung läßt Lageabweichung der Verschlußkörper 7,8 beim Einbau in das Gehäuse 2' wie auch nachträgliche geringe Lageänderungen zu, ohne die Dichtheit zu beeinträchtigen. Mit der beschriebenen Kupplung 3Γ können Axialverschiebungen des Verschlußkegels 7 und Parallelversetzungen wie auch Winkelabweichungen zwischen den Drehachsen aufgenommen werden. Im übrigen entsprechen Aufbau und Wirkungsweise der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2.

In Fig.3 ist ferner eine Möglichkeit dargestellt, den Stator 8 als »kombinierten« Körper zu gestalten, um an der Sitzfläche (Dichtfläche) 9 besondere Eigenschaften z. B. bezüglich Verschleißfestigkeit, Gleiteigenschaften, Abriebverhalten, Wärmeleitfähigkeit usw. zu erhalten. Hierfür wird der Statoc 8 mit einer kegeligen Gleithülse 8a versehen, welche die Sitzfläche 9 für den Verschlußkegel 7 bildet. Diese Hülse 8a ist als Bestandteil des Stators 8 nur lose eingelegt, jedoch gegen Verdrehung gesichert, z. B. mittels einem im Teil 8 sitzenden Stift 8b, welcher in einen axialen Schlitz in der Hülse 8a eingreift. Dadurch läßt sich jeweils die die Sitzfläche bildende Hülse 8a allein auswechseln, ohne daß der ganze Stator 8 ersetzt werden muß. In analoger Weise kann auch der Verschlußkegel 7 mit einer Gleithülse versehen werden, wie in Fi g. 3 strichpunktiert angedeutet, und selbstverständlich läßt sich auch das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2 entsprechend gestalten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Drehverschluß für schmelzflüssige Werkstoffe, insbesondere Metall-Schmelzen, mit einem Verschlußkörper, der drehbar in einem Stator angeordnet ist und eine durch Drehung verschließbare Durchflußöffnung aufweist, welche die Mantelfläche des drehbaren Verschlußkörpers durchdringt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem als Kegelstumpf ausgebildeten Verschlußkörper (7) und kraftbetriebenen Verschluß-Antriebsorganen (40, 46, 76) eine den Verschlußkegel (7) axial durch Federorgane (54, 58) belastende und Lageungenauigkeiten oder Lageveränderungen des Verschlußkegeis (7) zulassende, drehmomentübertragende, mechanische Kupplung(31,31'; vorhanden ist

2. Drehverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (31) eine mit der durchmessergrößeren Stirnseite (26) des Verschlußkegels (7) drehverbundene Zwischenplatte (24) sowie eine Kupplungsplatte (36) aufweist, wobei zwischen der Kupplungsplatte (36) und der Zwischenplatte (24) einerseits und zwischen der Kupplungsplatte (36) und einem Antriebsorgan (40) andererseits je Mitnehmerorgane (34, 35) vorhanden sind (Fig. 1).

3. Drehverschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Antriebsorgan (40,76) mindestens ein gegen die Zwischenplatte (24, 24') drükkender Federbolzen (54) gelagert ist.

4. Drehverschluß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise drei kranzartig angeordnete Federbolzen (54) vorhanden sind.

5. Drehverschluß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Antrkbsorgan (76) ein zentral angeordneter Federbolzcn (54) vorhanden ist. der gegen die Zwischenplatte (24) drückt.

6. Drehverschluß nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der durchmessergrößeren Stirnseite (26) des Verschlußkegels (7) drehverbundene Zwischenplatte (24') und ein Antriebsorgan (76) als Bogenzahnkupplung (31') gestaltet sind(Fig. 3).

7. Drehverschluß nach einem der Ansprüche 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsorgan (40) mit einem Zahnkranz (46) und einem Lagerzapfen (48) versehen ist, der über Zwischenglieder (50) im Gehäuse (2) abgestützt ist.

8. Drehverschluß nach einem der Ansprüche 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß von der Kupplungsplatte (36) je zwei Mitnehmerbolzen (34) mit sphärisch geformten Köpfen in Ausnehmungen (32) der Zwischenplatte (24) eingreifen und zwei weitere, nach der entgegengesetzten Seite abragende Mitnehmerbolzen (35) mit sphärischen Köpfen in Ausnehmungen (38) des Antriebsorgans (40) hineinragen, und zwischen der Zwischenplatte (24) und der Kupplungsplatte (36) sowie zwischen der Kupplungsplatte (36) und dem Antriebsorgan (40) axiales Spiei in Form je eines Spaltes (42,44) vorhanden ist, um Winkelverlagerungen des Ventilkegels (7) aufzunehmen.

9. Drehverschluß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (32,38) in der Zwischenplatte (24) und in der Mitnehmerplatte (40) als Langlöcher oder als kreuzweise verlaufende

Schlitze ausgebildet sind, zum Ausgleich von Parallelversetzungen zwischen dem Antriebsorgan (40) und dem Ventilkegel (7).

10. Drehverschluß nach einem der Ansprüche 1—9, gekennzeichnet durch ein zur Lagerung der Antriebsorgane (40, 46, 76) ausgebildetes metallisches Verschlußgehäuse (2), welches mit einstellbaren Halterungen (15,15') für die Aufnahme des Stators (8) versehen ist.

1 i. Drehverschluß nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß einstellbare Halterungen (15,15') je auf der durchmesserkleineren Stirnseite des Verschlußkegels (7) sowie seitlich neben dem Stator (8) angeordnet sind.

12. Drehverschluß nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dab der Stator (8) durch wärmeisolierende Einlagen (14, 14') vom Verschlußgehäuse (2) bzw. von den Halterungen (15,15') getrennt ist

13. Drehverschluß nach einem der Ansprüche 1 — 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (8) und/oder der Verschlußkegel (7) an der die Sitzfläche (9) zwischen beiden Teilen bildenden Kegelfläche mit einer lose auswechselbaren, gegen Verdrehung gesicherten, kegeligen Gleithülse (Sa) versehen ist.