Verschluss- und/oder Regelvorrichtung, insbesondere für einen metallischen Schmelzenstrom

Abstract

 Es wird eine neue Verschluß- und/oder Regelvorrichtung, insbesondere für einen metallischen Schmelzenstrom vorgeschlagen. Das Verschlußorgan ist von einer wendelförmigen Feder (3) gebildet, die in dem Zustand, in dem ihre Windungen (3') dicht aneinanderliegen, die Strömung sperrt und die in demjenigen Zustand, in dem ihre Windungen (3') beabstandet sind, die Strömung mehr oder weniger freigibt. Mittels eines gegen die Federkraft beweglichen Steuerglieds (8) ist die Feder (3) beaufschlagbar.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Verschluß- und/oder Regelvorrichtung, insbesondere für einen metallischen Schmelzenstrom, mit einem Verschlußorgan zwischen einer Eingangsöffnung und einer Ausgangsöffnung.

[0002] Bekannte Verschluß- und/oder Regelvorrichtungen werden mechanisch über Hydraulik- oder Elektromotorantriebe gesteuert, wobei die Antriebe zum Öffnen bzw. Schließen gegeneinander gerichtete Kraftvektoren erzeugen müssen. Die Schließ- und Öffnungskräfte werden je für sich auf Keramikteile übertragen. Solche Verschluß- und/oder Regelvorrichtungen sind beispielsweise Schieberverschlüsse oder Stopfenverschlüsse.

[0003] Bei den bekannten Verschluß- und/oder Regelvorrichtungen ist das Verschlußorgan von Dichtflächen eines beweglichen Bauteils gebildet.

[0004] Die Verwendung einer Feder aus keramischem Material bei einer Filterkerze ist in der US 4 735 638 beschrieben. Diese Feder soll lediglich die Temperaturdehnungen auffangen.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine vereinfachte Verschluß- und/oder Regelvorrichtung vorzuschlagen.

[0006] Eine erfindungsgemäße Verschluß- und/oder Regelvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan von einer wendelförmigen Feder gebildet ist, daß die Feder in demjenigen Zustand, in dem ihre Windungen dicht aneinanderliegen, die Strömung von der Eingangsöffnung zur Ausgangsöffnung sperrt, daß die Feder in demjenigen Zustand, in dem ihre Windungen beabstandet sind, die Strömung von der Eingangsöffnung zur Ausgangsöffnung mehr oder weniger freigibt, wobei der Schmelzenstrom durch die Abstände zwischen den Windungen tritt, und daß die Feder mittels eines gegen die Federkraft beweglichen Steuerglieds beaufschlagbar ist.

[0007] Durch die Feder ist erreicht, daß das Steuerglied das Verschlußorgan, also die Feder, nur in eine Richtung beaufschlagen muß. Der Antrieb des Steuerglieds und die Verbindung mit der Verschluß- und/oder Regelvorrichtung kann dadurch einfach gestaltet werden. In den anderen Zustand wird die Verschluß- und/oder Regelvorrichtung durch die Federkraft der Feder selbst gebracht.

[0008] Da die Feder selbst das Verschlußorgan bildet, erübrigen sich zusätzliche Verschlußteile.

[0009] Bei der Verschluß- und/oder Regelvorrichtung sind verschiedene Möglichkeiten gegeben, die Flußrichtung zu wählen. Die Verschluß- und/oder Regelvorrichtung läßt sich baulich an die verschiedensten Einsatzfälle anpassen.

[0010] Vorzugsweise ist die Feder eine Druckfeder. In ihrem entspannten Zustand steht sie in der Öffnungsstellung. Ist sie vom Steuerglied gegen die Federkraft druckbeaufschlagt, dann geht sie in die Sperrstellung. Die Feder könnte jedoch auch eine Zugfeder sein. Die Verhältnisse liegen dann umgekehrt. Im entspannten Zustand steht die Feder dann in Sperrstellung. Durch Ziehen mittels des Steuerglieds ist sie in die Öffnungsstellung bringbar.

[0011] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1a

das Prinzip der Feder als Verschlußorgan in Öffnungsstellung,

Figur 1b

in Schließstellung,

Figur 2

eine Verschluß- und/oder Regelvorrichtung an einem metallurgischen Gefäß in Öffnungsstellung, wobei die Steuerung von oben stattfindet,

Figur 3

ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Steuerung von unten stattfindet,

Figur 4a und 4b bis Figur 7a bzw. 7b

weitere Ausführungsbeispiele in Schließstellung bzw. Öffnungsstellung,

Figur 8

ein weiteres Ausführungsbeispiel in Öffnungsstellung,

Figur 9

ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Federachse quer zur Strömungsrichtung liegt,

Figur 10a bzw. 10b

ein weiteres Ausführungsbeispiel entsprechend Figur 9 in Öffnungsstellung bzw. Schließstellung,

Figur 11

ein Ausführungsbeispiel, bei dem das die Feder beaufschlagende Steuerglied ein Schwimmkörper ist.

[0012] Die Verschluß- und/oder Regelvorrichtung weist eine Eingangsöffnung (1) und eine Ausgangsöffnung (2) auf, zwischen denen als Verschlußorgan eine wendelförmige Druckfeder (3) angeordnet ist. Die Federachse ist mit A bezeichnet. Der zur Federachse (A) konzentrische Innenraum (4) der Feder schließt an seiner einen axialen Seite an die Ausgangsöffnung (2) an. Die andere Seite ist mit einer Abdeckung (5) verschlossen. Ist die Druckfeder (3) entspannt, dann fließt Schmelze von der Eingangsöffnung (1) durch die im Entspannungszustand beabstandeten Windungen (3') in den Innenraum (4) und von dort axial in die Ausgangsöffnung (2). Das Verschlußorgan ist also offen (vgl. Fig.1a).

[0013] Um das Verschlußorgan zu schließen, wird die sich an einem ortsfesten Baute (6) abstützende Feder (3) mittels der Abdeckung (5) so zusammengedrückt, daß alle Windungen (3') dicht aneinander anlegen. In diesem Zustand ist der Schmelzendurchgang von der Eingangsöffnung (1) zur Ausgangsöffnung (2) gesperrt (vgl. Fig.1b).

[0014] Wird die Abdeckung (5) entlastet, dann geht die Feder (3) unter der Wirkung der Federkraft von selbst in die in Figur 1a gezeigte Öffnungsstellung zurück.

[0015] Die Druckfeder (3) besteht aus einem feuerfesten keramischen Material und weist zur Verbesserung der Dichtwirkung ein rechteckiges, vorzugsweise quadratisches Querschnittsprofil ihrer Windungen (3') auf.

[0016] Aus den Figuren 1a und 1b ist ersichtlich, daß nicht notwendigerweise das Bauteil (6) das ortsfeste Bauteil ist. Auch die Abdeckung (5) könnte bei verschieblichem Bauteil (6) ortsfest sein. Letztlich ist die Relativbewegung zwischen den Bauteilen (5, 6) für das Öffnen bzw. Schließen ausschlaggebend.

[0017] Bei der Ausführung nach Figur 2 ist die Verschluß- und/oder Regelvorrichtung am Boden (7) eines metallurgischen Gefäßes dargestellt. Das ortsfeste Baute (6) sitzt im Boden (7). Im Bauteil (6) stützt sich die unterste Windung der Druckfeder (3) ab. Ihre oberste Windung ist in der Abdeckung (5) zentriert. Der Abdeckung (5) ist als Steuerglied (8) ein Druckrohr zugeordnet. Die Figur 2 zeigt die Öffnungsstellung. Drückt das Bauteil von oben in Richtung des Pfeiles (P) auf die Abdeckung (5), dann werden die Windungen (3') der Druckfeder (3) gegen die Federkraft zusammengedrückt, wobei sich der freie Strömungsquerschnitt vom Gefäßinnern zur Ausgangsöffnung (2) verkleinert. Es ist damit eine feinfühlige Steuerung des Schmelzenausflusses möglich, wobei das Steuerglied (8) immer nur in Richtung des Pfeiles (P) beaufschlagend wirken muß.

[0018] Sind die Windungen (3') der Druckfeder (3) so zusammengedrückt, daß sie dicht aneinander anliegen, dann ist der Schmelzendurchfluß vom Gefäßinnern zur Ausgangsöffnung (2) hin unterbrochen. Wird der Druck (P) dann wieder reduziert, dann strömt wieder Schmelze aus, weil sich die Windungen (3') unter der Federkraft beabstanden.

[0019] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist die Abdeckung (5), an der sich die oberste Windung der Druckfeder (3) abstützt, am im Boden (7) des metallurgischen Gefäßes befestigten ortsfesten Bauteil (6) angeordnet. Die unterste Windung stützt sich an einem in Richtung der Achse (A) im ortsfesten Bauteil (6) verschieblichen Baute (9) ab, das die Ausgangsöffnung (2) bildet und an dem das Steuerglied (8) von unten angreift.

[0020] In Figur 3 ist die Öffnungsstellung gezeigt, in der Schmelze aus dem Gefäßinnern durch die Eingangsöffnung (1) und durch die beabstandeten Windungen (3') in den Innenraum (4) der Druckfeder (3) eintritt und in diesem durch die Ausgangsöffnung (2) abfließt.

[0021] Wird das Steuerglied (8) in Richtung des Pfeiles (P) beaufschlagt, dann wird die Druckfeder (3) zur Regelung des Schmelzenflusses mehr oder weniger zusammengedrückt. Werden die Windungen (3') dicht aneinander gedrückt, dann ist der Schmelzenfluß unterbrochen.

[0022] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist eine Abdeckung (5) weder am ortsfesten Bauteil (6) noch am verschieblichen Bauteil (9) vorgesehen. Dementsprechend fließt unabhängig vom Zusammendrückungsgrad der Druckfeder (3) ständig eine zur Federachse (A) konzentrische Strömung (a) von der Eingangsöffnung (1) durch den Innenraum (4) der Druckfeder (3) hindurch in einen vom rohrförmigen Bauteil (9) gebildeten Kanal (10). Zwischen dem ortsfesten Bauteil (6) und dem verschieblichen Bauteil (9) besteht ein die Ausgangsöffnung (2) aufweisender Ringkanal (11).

[0023] In Figur 4a ist die Schließstellung gezeigt, in der durch die Windungen der Druckfeder (3) hindurch keine Einströmung in die Ausgangsöffnung (2) und damit den Ringkanal (11) stattfindet. Es wird also von dem von der Eingangsöffnung (1) durch den Innenraum (4) in den Kanal (10) bestehenden Strömung (a) kein Teilstrom abgezweigt.

[0024] In Figur 4b ist die Öffnungsstellung gezeigt. Es fließt dabei ein von der Strömung (a) abgezweigter Teilstrom (b) durch die beabstandeten Windungen (3') hindurch in den Ringkanal (11).

[0025] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist die Abdeckung (5) am ortsfesten Bauteil (6) vorgesehen. Die Eingangsöffnung (1) ist vom rohrförmigen, verschieblichen Bauteil (9) gebildet. Die Ausgangsöffnung (2) geht in den zwischen den Bauteilen (6, 9) bestehenden Ringkanal (11) über.

[0026] In Figur 5a ist die Schließstellung gezeigt. Figur 5b zeigt die Öffnungsstellung, in der eine Strömung (c) von der Eingangsöffnung (1) durch die Druckfeder (3) hindurch in den Ringkanal (11) erfolgt.

[0027] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist die Abdeckung (5) am verschieblichen Bauteil (9) vorgesehen. Die Eingangsöffnung (1) ist am ortsfesten Bauteil (6) gestaltet. Die Ausgangsöffnung (2) geht in den Ringkanal (11) über.

[0028] Figur 6a zeigt die Schließstellung, in der keine Strömung von der Eingangsöffnung (1) in den Ringkanal (11) stattfindet. Figur 6b zeigt entsprechend die Öffnungsstellung, in der sich die Strömung (d) ergibt.

[0029] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 7 ist die Abdeckung (5) am ortsfesten Bauteil (6) vorgesehen, an dem seitlich Eingangsöffnungen (1) ausgebildet sind. Die Ausgangsöffnung (2) ist vom Kanal (10) des verschieblichen Bauteils (9) gebildet.

[0030] Figur 7a zeigt die Schließstellung, in der die zusammengedrückte Druckfeder (3) eine Strömung von den Eingangsöffnungen (1) in den Kanal (10) verhindert. Figur 7b zeigt die Öffnungsstellung, in der durch die Druckfeder (3) hindurch eine Strömung (e) von den Eingangsöffnungen (1) in den Kanal (10) des verschieblichen Bauteils (9) erfolgt.

[0031] Bei der Ausführung nach Figur 8 ist die Abdeckung (5) am verschieblichen Bauteil (9) ausgebildet. Die Eingangsöffnung (1) und die Ausgangsöffnung (2) sind am ortsfesten Bauteil (6) gestaltet. Figur 8 zeigt die Öffnungsstellung, in der eine Strömung (f) von der Eingangsöffnung (1), die konzentrisch zur Federachse (A) liegt, durch die Druckfeder (3) hindurch zu den Ausgangsöffnungen (2) erfolgt. Wird das verschiebliche Bauteil (9) gegen die Kraft der Druckfeder (3) nach oben geschoben, dann wird diese Strömung(f) mehr oder weniger oder ganz unterbrochen.

[0032] Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 4 bis 8 kann das beschriebene verschiebliche Bauteil (9) auch das ortsfeste Bauteil sein, wobei dann das ortsfeste Bauteil (6) das verschiebliche Bauteil ist. Es ist auch möglich, die Eingangsöffnung gegen die Ausgangsöffnung auszutauschen bzw. die Strömungsrichtung umzukehren.

[0033] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 9 ist die Eingangsöffnung (1) und die Ausgangsöffnung (2) von einem Kanal (12) eines ortsfesten Bauteils(6) gebildet. In dem Kanal (12) ist die Druckfeder (3) angeordnet, deren Achse (A) sich quer zur Längsrichtung des Kanals (12) erstreckt. Mittels des Steuerglieds (8), das die Abdeckung (5) bildet, ist die Druckfeder (3) zusammendrückbar. Figur 9 zeigt die Öffnungsstellung, in der eine Strömung (g) quer durch die Druckfeder (3) hindurch von der Eingangsöffnung (1) zur Ausgangsöffnung (2) stattfindet. Wird das Steuerglied(8) in Richtung des Pfeiles (P) druckbeaufschlagt, dann verringern sich die Abstände der Windungen (3'), wodurch eine Drosselung der Strömung (g) erfolgt. Sind die Windungen(3') dicht gegeneinander gedrückt, dann ist die Strömung unterbrochen.

[0034] Das Ausführungsbeispiel nach Figur 10 ist dem nach Figur 9 ähnlich. Das ortsfeste Bauteil (6) ist rohrförmig gestaltet und weist die Eingangsöffnung (1) und die Ausgangsöffnung (2) auf. In ihm sind zwei verschiebliche Bauteile (9) gelagert, zwischen denen sich die Druckfeder (3) befindet.

[0035] Figur 10a zeigt die Öffnungsstellung, in der die Druckfeder (3) entspannt ist, so daß durch sie hindurch eine radiale Strömung (h) von der Eingangsöffnung (1) zur Ausgangsöffnung (2) vorliegt.

[0036] Figur 10b zeigt die Schließstellung. Die verschieblichen Bauteile (9) sind durch Druck in Richtung der Pfeile (P) so zusammengedrückt, daß die Druckfeder (3) eine Strömung von der Eingangsöffnung (1) zur Ausgangsöffnung (2) hin unterbricht.

[0037] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 11 ist das relativ ortsfeste Bauteil (6) von einem rohrförmigen Eintauchausguß gebildet. Dieser ragt in die Metallschmelze (M) einer Kokille (13). Der Gießpulver-Schlackespiegel ist mit S bezeichnet. In der Schmelze (M) schwimmt das verschiebliche Bauteil (9) als Schwimmkörper. Dieses bildet die Abdeckung (5) und seitliche Ausgangsöffnungen (2) und ist an dem Eintauchausguß (6) verschieblich geführt. Zwischen der Abdeckung (5) und der Unterkante des Eintauchausgusses (6) ist die Druckfeder (3) angeordnet. Das verschiebliche Bauteil(9) wird je nach der Höhe des Schmelzenspiegels (S) durch die Auftriebskraft (P) gegen die Kraft der Druckfeder (3) mehr oder weniger nach oben gedrückt, wodurch sich eine entsprechende Regelung des Badspiegels (S) ergibt. Bei relativ niedrigem Stand des Spiegels (S) ist die Druckfeder (3) weit entspannt, so daß die Windungen (3') entsprechend weit beabstandet sind und damit ein entsprechend großer Volumenstrom von der Eingangsöffnung (1) des Eintauchausgusses (6) durch die Druckfeder (3) hindurch zu den Ausgangsöffnungen (2) fließt. Bei steigendem Spiegel (S) schwimmt das verschiebliche Baute) (9) entsprechend hoch, wodurch die Druckfeder (3) komprimiert wird, so daß deren Windungen (3') nur noch einen kleineren Schmelzenstrom durchlassen. Im Grenzfall ist das verschiebliche Bauteil (9) so weit hochgeschwommen, daß die Druckfeder (3) vollständig zusammengedrückt ist, so daß der Schmelzenfluß vom Eintauchausguß (6) in die Metallschmelze (M) unterbrochen ist.

Ansprüche

1. Verschluß- und/oder Regelvorrichtung, insbesondere für einen metallischen Schmelzenstrom, mit einem Verschlußorgan zwischen einer Eingangsöffnung und einer Ausgangsöffnung,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verschlußorgan von einer wendelförmigen Feder (3) gebildet ist, daß die Feder (3) in demjenigen Zustand, in dem ihre Windungen (3') dicht aneinanderliegen, die Strömung von der Eingangsöffnung (1) zur Ausgangsöffnung (2) sperrt, daß die Feder (3) in demjenigen Zustand, in dem ihre Windungen (3') beabstandet sind, die Strömung von der Eingangsöffnung (1) zur Ausgangsöffnung (2) mehr oder weniger freigibt, wobei die Strömung durch die Abstände zwischen den Windungen (3') tritt, und daß die Feder (3) mittels eines gegen die Federkraft beweglichen Steuerglieds (8) beaufschlagbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder (3) eine Druckfeder ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder (3) aus keramischem Material mit rechteckigem Querschnittsprofil besteht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingangs- oder Ausgangsöffnung (1, 2) an die eine Seite des koaxialen Innenraumes (4) der Feder (3) anschließt und daß die Ausgangs- bzw. Eingangsöffnung (2, 1) außerhalb der Feder (3) liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die andere Seite des Innenraums (4) der Feder (3) durch eine Abdeckung (5) geschlossen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingangs- und Ausgangsöffnung (1, 2) außerhalb des Innenraums (4) der Feder (3) liegen und daß die Federachse (A) quer zur Strömung steht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder (3) axial zwischen einem ortsfesten Bauteil (6) und einem mittels eines Steuerglieds (8) verschieblichen Bauteil (9) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das verschiebliche Bauteil (9) die Abdeckung (5) bildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das verschiebliche Bauteil (9) die Ausgangsöffnung (2) bildet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das verschiebliche Bauteil (9) ein Schwimmkörper in einer Metallschmelze (M) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangsöffnung (2) am Schwimmkörper (9) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Innenraum (4) der Feder (3) einerseits axial zu der Eingangsöffnung (1) und andererseits axial zu einem Kanal (10) hin offen ist.

Zeichnung