Stopfen für den Verschluss von Metallschmelze aufnehmenden Behältnissen

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf einen Stopfen für den Verschluss von Metallschmelze aufnehmenden Behältnissen, mit einem zum Beispiel stangenförmigen Stopfenkörper (1) aus feuerfestem Material und mit einer Einsatzhülse (2) im Bereich des oberen Endes des Stopfenkörpers (1), welche mit diesem im wesentlichen koaxial angeordnet ist und eine Bohrung (3) für den lösbaren Eingriff einer zum Beispiel metallenen Haltestange (4) für das Anbringen an einem Hubmechanismus aufweist, wobei die Einsatzhülse (2) im Abstand von dem oberen Ende des Stopfenkörpers (1) einen radialen Umfangsflansch (20) aufweist, welcher geeignet ist, mit seiner oberen Stirnfläche (21) dichtend an einer zugeordneten nach unten weisenden Ringfläche (23) des Stopfenkörpers (1) anzuliegen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Stopfen für den Verschluss von Metallschmelze aufnehmenden Behältnissen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Aus der EP-A-0 358 535 ist ein Stopfen bekannt, bei welchem eine metallene Einsatzhülse in einem Abstand von dem oberen Ende des stangenförmigen Stopfenkörpers verpresst und mit ihm gebrannt werden sowie eine Gewindebohrung koaxial zu der Bohrung des Stopfenkörpers aufweisen muss, in welche eine mit Außengewinde versehene metallene Haltestange einzuschrauben ist. Hinsichtlich Fertigung und Montage ist dieser Stopfen daher in mehrfacher Hinsicht aufwändig und teuer.

[0003] Bei dem aus der US-A-0 791 978 bekannten Stopfen wird ein mit Außengewinde versehenes rohrförmiges Passstück in eine konische und mit Gegengewinde versehenen Aussparung am oberen Ende des Stopfens unmittelbar eingeschraubt. Eine derartige Befestigung des Stopfens an einer Hubvorrichtung ist problematisch, weil der verbleibende verhältnismäßig dünnwandige Bereich des oberen Endes des Stopfenkörpers den bei Betätigung des Hubmechanismus auftretenden Kräften nicht standhalten kann.

[0004] Aus der DE-U-9 109 532 ist ein Stopfen als Regelventil für Ausgüsse in metallurgischen Schmelzgefäßen bekannt, bei welchem die Durchgangsbohrung des Stopfenkörpers am gaseinlassseitigen oberen Ende eine ringförmige Stufe aufweist. Auf der Stufe liegt eine Dichtung aus temperaturbeständigem Werkstoff. Eine metallene Stopfenstange ragt von oben in die Durchgangsbohrung und liegt mit einem erweiterten Abschnitt auf der Dichtung auf. Ein zylinderförmige feuerfeste keramische Manschette ist mit einem Außengewinde in dem oberen erweiterten Abschnitt der Durchgangsbohrung in ein korrespondierendes Innengewinde des Stopfenkörpers eingeschraubt und unter Presssitz gegen den Haltering der Stopfenstange festgelegt. Die Stopfenstange überragt mit ihrem oberen freien Ende den Stopfenkörper und ist mit ihrem unterhalb des Halteringes verlaufenden freien Ende über eine Teilstrecke in die Durchgangsbohrung des Stopfenkörpers eingeführt. Diese Ausführung erfordert eine Gewindeverbindung zwischen der keramischen Manschette und dem Stopfenkörper, welche die Montage erschwert.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stopfen, der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welcher einfach im Aufbau, leicht montierbar und dauerhaft relativ zu dem Hubmechanismus festlegbar ist.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Stopfen der eingangs genannten Art gemäß Anspruch 1 gelöst.

[0007] Auf diese Weise ist eine einfache und schnelle Montage der Haltestange an dem Stopfenkörper möglich, ebenso wie eine Demontage bei Verschleiß oder Defekt des letzteren. Ein aufwändiges Verschrauben von Haltestange und Stopfenkörper mit einer temperatur- und schmutzanfälligen Gewindeverbindung ist ebenfalls vermieden.

[0008] Die Einsatzhülse kann bei der Herstellung des Stopfenkörpers mitgeformt bzw. mit eingeformt werden, wobei der Umfangsflansch in einer entsprechenden Ringaussparung des Stopfenkörpers zu liegen kommt bzw. einen entsprechenden Ringbereich des Stopfenkörpers einnimmt. Der Ringbereich entsteht beim Brennen des Stopfenkörpers durch Ausbrand eines geeigneten Füllmaterials.

[0009] Für den Fall der Gaszufuhr kann zwischen der oberen Stirnfläche des Umfangsflanschs und der zugeordneten Ringfläche des Stopfenkörpers ein temperaturbeständiger Dichtungsring, z.B. in Form einer keramischen kompressiblen Faserdichtung, vorgesehen, bspw. in das entsprechende Feuerfestmaterial eingebettet sein.

[0010] Vorzugsweise ist hierbei die Einsatzhülse relativ zu dem Stopfenkörper axial beweglich und infolgedessen derart verspannbar, dass sich die obere Stirnfläche des Umfangsflanschs dichtend gegen die zugeordnete Ringfläche des Stopfenkörpers legt.

[0011] Der Umfangsflansch kann zur Verdrehsicherung der Einsatzhülse relativ zu dem Stopfenkörper einen unrunden Umfang zum Eingriff in eine außen entsprechend unrunde Ringaussparung des Stopfenkörpers aufweisen. So kann der Flansch z.B. an einer oder mehreren Stellen abgeflacht sein.

[0012] Wenn in bzw. an der oberen Stirnfläche des Umfangsflanschs und/oder der zugeordneten Ringfläche des Stopfenkörpers ein Dichtungsring, z.B. in Form einer keramischen kompressiblen Faserdichtung, angeordnet ist, entsteht eine entsprechende Flächenpressung zur Erhöhung der Dichtigkeit unter Kompression des Dichtungsringes.

[0013] Zum Verspannen der Einsatzhülse gegenüber dem Stopfenkörper wird bei dieser Ausführung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Einsatzhülse mit dem unteren Ende der Haltestange, z.B. über Gewinde, lösbar verbindbar und die Haltestange eine auf ein Außengewinde aufgenommene Festspannmutter trägt, welche dazu geeignet ist, sich, ggf. unter Zwischenlage eines Unterlegrings, an der oberen Stirnfläche des Stopfenkörpers und ggf. der Einsatzhülse abzustützen. Nachdem die Haltestange mit der Einsatzhülse, ggf. durch Verschrauben oder sonstiges Verriegeln, axial fest verbunden ist, bewirkt ein Anziehen der Festspannmutter und deren Abstützen auf der Oberseite des Stopfenkörpers ein nach Obenziehen der Einsatzhülse relativ zu dem Stopfenkörper, bis die obere Stirnfläche des Umfangsflanschs, ggf. unter Zwischenlage des Dichtungsrings, an der unteren Ringfläche dichtend angepresst anliegt.

[0014] Für den Fall der Gaszuführung können auf bei dieser alternativen Ausführung der Erfindung sowohl die Haltestange als auch der Stopfenkörper eine Längsbohrung für die Zuführung der Gase in die Metallschmelze aufweisen. Für die erforderliche Abdichtung kann, wie bereits erörtert, gesorgt werden.

[0015] Um der Einsatzhülse die erforderliche Querschnittsdimensionierung für die Aufnahme der bei Betätigung des Hubmechanismus auftretenden Kräfte zu geben, ist sie vorzugsweise in einem ggf. erweiterten, sacklochartigen Endabschnitt der Längsbohrung des Stopfenkörpers angeordnet, welche sich zu der Ringaussparung erweitert.

[0016] Gemäß einer weiteren Ausführung fluchtet die Einsatzhülse in ihre Einspannlage an ihrem oberen Ende mit dem oberen Ende des Stopfenkörpers oder ist geringfügig zurückgesetzt, so dass das erforderliche Maß an Abdichtung der Einsatzhülse gegenüber dem Stopfenkörper im Bereich des Umfangsflanschs erzielt wird. Für einen Toleranzausgleich und zur weiteren Abdichtung können zusätzliche Dichtungsringe zwischen den einander zugeordneten Stirnflächen von Stopfenkörper einerseits und Unterlegscheibe bzw. Festspannmutter andererseits und/oder Einsatzhülse einerseits und Unterlegscheibe bzw. Festspannmutter andererseits vorgesehen sein.

[0017] Die Einsatzhülse kann in üblicher Weise aus Metall, bspw. Stahl bestehen. Es ist aber auch möglich, sie aus z.B. feuerfestem Material herzustellen, welches vorzugsweise höhere Festigkeitswerte aufweist als das Feuerfestmaterial des Stopfenkörpers, um den bei Betätigung des Hubmechanismus einwirkenden Zug- und Druckkräften standhalten zu können.

[0018] Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

[0019] Es zeigen:

Fig. 1

in einem vertikalen Teilschnitt einen die Erfindung aufweisenden Stopfen für eine Ausführung der Erfindung, und

Fig. 2

einen Vertikalschnitt des oberen Abschnittes des Stopfenkörpers nach einem ersten Herstellungsschritt der Einformung der Einsatzhülse in den Stopfenkörper.

[0020] Bei der in Fig. 1 und 2 veranschaulichten Ausführung eines erfindungsgemäßen Stopfens weist eine Einsatzhülse 2 im Abstand von dem oberen Ende eines mit einer Bohrung 3 versehenen Stopfenkörpers 1 einen radialen in eine an eine Längsbohrung 16 angrenzende Ringaussparung hineinragenden, von einer unteren Stirnfläche 22 begrenzten Umfangsflansch 20 auf, welcher geeignet ist, mit seiner oberen Stirnfläche 21 dichtend an einer entsprechend zugeordneten Ringfläche 23 des Stopfenkörpers 1 anzuliegen. Zwischen der oberen Stirnfläche 21 des Umfangsflanschs 20 und der zugeordneten Ringfläche 23 des Stopfenkörpers 1 ist ein temperaturbeständiger Dichtungsring 19, z.B. in Form einer keramischen kompressiblen Faserdichtung, vorgesehen.

[0021] In dem dargestellten Fall ist die Einsatzhülse 2 relativ zu dem Stopfenkörper 1 axial verspannbar. Zu diesem Zweck wird bei der Herstellung (vgl. Fig. 2) sichergestellt, dass der Umfangsflansch 20 in die Ringaussparung des Stopfenkörpers 1 zu liegen kommt, welche eine größere axiale Höhe hat, als der Umfangsflansch 20 selbst, so dass ein Freiraum 10 verbleibt, welcher von einer unteren Stirnfläche der Einsatzhülse 2 und einer weiteren Ringfläche 24 des Stopfenkörpers 1 begrenzt wird. Praktisch geschieht dies dadurch, dass beim Einformen oder Mitformen der Einsatzhülse 2 aus Metall oder metallummantelten keramischem Material ein Ringkörper aus einem ausbrennbaren Material, wie Polyprophylen, mit eingeformt wird, welcher unmittelbar benachbart am Umfangsflansch 20 angeordnet ist und den gleichen Außendurchmesser wie dieser aufweist. Beim Brennen des Stopfenkörpers 1 wird der Ringkörper ausgebrannt, so dass sich der Umfangsflansch 20 in der Ringaussparung und damit die Einsatzhülse 2 in einem Endabschnitt 18 der Längsbohrung 16 insgesamt axial relativ zu dem Stopfenkörper 1 bewegen kann.

[0022] Auf der dem Ringkörper zugewandten und damit oberen Stirnfläche 21 des Umfangsflansches 2 befindet sich der kompressible Dichtungsring 19, welcher beim Verspannen der Haltestange 4 mit der Einsatzhülse 2 und damit dem Stopfenkörper 1 zwischen der oberen Stirnfläche 21 des Umfangsflanschs 20 und der oberen Ringfläche 23 des Stopfenkörpers 1 zusammengepresst wird.

[0023] Zum Verspannen der Einsatzhülse 2 gegenüber dem Stopfenkörper 1 ist die Einsatzhülse 2 mit dem unteren Befestigungsende 5 der Haltestange 4, z.B. durch Verschrauben, lösbar verbindbar. Zu diesem Zweck hat die Haltestange 4 ein Außengewinde 11 und die Einsatzhülse 2 in ihrem oberen Bereich ein Innengewinde 25. Auf das Außengewinde 11 der Haltestange 4 kann eine Festspannmutter 12 aufgenommen werden, welche dazu geeignet ist, sich unter Zwischenlage eines Unterlegringes 13 an der oberen Stirnfläche 14, 15 des Stopfenkörpers 1 bzw. der Einsatzhülse 2 abzustützen. Durch Anziehen der Festspannmutter 12 wird also die Einsatzhülse 2 relativ zu dem Stopfenkörper 1 axial nach oben gezogen, bis die Einsatzhülse 2 entweder mit ihrem Umfangsflansch 20 an der oberen, die Ringaussparung des Stopfenkörpers 1 begrenzenden Stirnfläche 23, ggf. unter Zwischenlage des Dichtungsringes 19, oder mit ihrer oberen Stirnfläche 15 an dem Unterlegring 13 bzw. der Festspannmutter 12 anschlägt. Dabei können zwischen den letztgenannten Teilen ebenfalls Dichtungsringe in Form von keramischen kompressiblen Faserdichtungen vorgesehen sein.

[0024] Neben der Einsatzhülse 2 weisen sowohl der Stopfenkörper 1 als auch die Haltestange 4 durchgehende Längsbohrungen 16, 17 für die Zuführung eines Gases in die Metallschmelze auf. Die genannten Bohrungen 3, 16, 17 stehen über die Ringaussparung in Strömungsverbindung zueinander und sind axial zueinander ausgerichtet.

[0025] Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist die Einsatzhülse 2 in einem erweiterten sacklochartigen oberen Endabschnitt 18 der Längsbohrung 16 des Stopfenkörpers 1 angeordnet, so dass der Einsatzhülse 2 die erforderliche Querschnittsbemessung gegeben werden kann. Die Einsatzhülse 2 braucht nicht aus Metall zu bestehen, sie kann auch aus metallummantelten feuerfestem Material gebildet sein und zusammen mit dem übrigen Teil des Stopfenkörpers 1 geformt werden, wobei der Stopfenkörper 1 dann im Bereich der Einsatzhülse 2 vorzugsweise aus Feuerfestmaterial höherwertiger Qualität, d.h. höhere Zug- und Druckfestigkeit gebildet ist, um die auftretenden Zug- und Druckkräfte aufnehmen zu können, welche bei Betätigung des Hubmechanismus übertragen werden müssen.

[0026] Bezugszeichenliste:

1

Stopfenkörper

2

Einsatzhülse

3

Bohrung des Stopfenkörpers 1

4

Haltestange

5

Befestigungsende der Haltestange 4

9

untere Stirnfläche der Einsatzhülse 2

10

Freiraum

11

Außengewinde der Haltestange 4

12

Festspannmutter

13

Unterlegring

14

obere Stirnfläche des Stopfenkörpers 1

15

innerer Stirnflächenbereich

16

Längsbohrung des Stopfenkörpers 1

17

Längsbohrung der Haltestange 4

18

Endabschnitt der Längsbohrung 16

19

Dichtungsring

20

Umfangsflansch

21

obere Stirnfläche des Umfangsflanschs 20

22

untere Stirnfläche des Umfangsflanschs 20

23

obere Ringfläche des Stopfenkörpers 1

24

untere Ringfläche des Stopfenkörpers 1

25

Innengewinde der Einsatzhülse 2

Ansprüche

1. Stopfen für den Verschluss von Metallschmelze aufnehmenden Behältnissen, mit einem zum Beispiel stangenförmigen Stopfenkörper (1) aus feuerfestem Material und mit einer Einsatzhülse (2) im Bereich des oberen Endes des Stopfenkörpers (1), welche mit diesem im wesentlichen koaxial angeordnet ist und eine Bohrung (3) für den lösbaren Eingriff einer zum Beispiel metallenen Haltestange (4) für das Anbringen an einem Hubmechanismus aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzhülse (2) im Abstand von dem oberen Ende des Stopfenkörpers (1) einen radialen Umfangsflansch (20) aufweist, welcher geeignet ist, mit seiner oberen Stirnfläche (21) dichtend an einer zugeordneten nach unten weisenden Ringfläche (23) des Stopfenkörpers (1) anzuliegen.

2. Stopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der oberen Stirnfläche (21) des Umfangsflanschs (20) und der zugeordenten Ringfläche (23) des Stopfenkörpers (1) ein temperaturbeständiger Dichtungsring (19), z.B. in Form einer keramischen Faserdichtung, vorgesehen ist.

3. Stopfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzhülse (2) relativ zu dem Stopfenkörper (1) derart axial verspannbar ist, dass sich die obere Stirnfläche (21) des Umfangsflanschs (20) dichtend gegen die zugeordnete Ringfläche (23) des Stopfenkörpers (1) legt.

4. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsflansch (20) einen unrunden Umfang zum Eingriff in eine außen entsprechend unrunde Ringaussparung (27) des Stopfenkörpers (1) aufweist.

5. Stopfen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (19) in bzw. an der oberen Stirnfläche (21) des Umfangsflanschs (20) und/oder der zugeordneten Ringfläche (23) des Stopfenkörpers (1) angeordnet ist.

6. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verspannen der Einsatzhülse (2) gegenüber dem Stopfenkörper (1) die Einsatzhülse (2) mit dem unteren Ende der Haltestange (4), z.B. über Gewinde (11, 25), lösbar verbindbar ist und die Haltestange (4) eine auf ein Außengewinde (11) aufgenommene Festspannmutter (12) trägt, welche dazu geeignet ist, sich ggf. unter Zwischenlage eines Unterlegringes (13) an der oberen Stirnfläche (14, 15) des Stopfenkörpers (1) und ggf. der Einsatzhülse (2) abzustützen.

7. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Einsatzhülse (2) sowohl der Stopfenkörper (1) als auch die Haltestange (4) eine Längsbohrung (16,17) für die Zuführung eines Gases in die Metallschmelze aufweisen.

8. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzhülse (2) in einem ggf. erweiterten, sacklochartigen Endabschnitt (18) der Längsbohrung (16) des Stopfenkörpers (1) angeordnet ist, welche sich zu der Ringaussparung (27) erweitert.

9. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzhülse (2) in ihrer Einspannlage mit ihrem oberen Ende bis dicht unterhalb an das obere Ende des Stopfenkörpers (1) reicht.

10. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzhülse (2) aus einem feuerfesten Material besteht, welches vorzugsweise eine höhere Festigkeit als das Feuerfestmaterial des Stopfenkörpers (1) aufweist.

Zeichnung