[0001] Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 für eine Schmelze, insbesondere für eine Metallschmelze.
[0002] Eine Dosiervorrichtung der eingangs genannten Art kommt beispielsweise bei der Herstellung
von Metalloxiden zum Einsatz, um die Menge an Metallschmelze möglichst exakt vorgeben
zu können, die dem Oxidierungsprozess zugeführt werden soll.
[0003] Die Dosiervorrichtung ist hierzu mit einer Dosierkammer ausgestattet, welche entweder
getrennt von der Schmelzeinrichtung für das Metall angeordnet und durch eine Leitung
mit dieser verbunden ist oder unmittelbar an der Schmelzeinrichtung vorgesehen ist.
Gegebenenfalls kann die Dosierkammer auch beheizt ausgebildet sein.
[0004] Mit Hilfe eines Dosierelementes kann die an der Dosierkammer vorgesehene Dosieröffnung
freigegeben oder geschlossen werden, um auf diese Weise die Menge an abzugebender
Schmelze zu regulieren.
[0005] Da das Dosieren der Schmelze bei Schmelztemperatur erfolgen muss, besteht insbesondere
bei Materialien, die zu Oxidation neigen, das Problem, dass sich die Dosieröffnung
während des laufenden Betriebes durch Oxide langsam zusetzt, so dass eine ordnungsgemäße
Dosierung erschwert oder gegebenenfalls unmöglich gemacht wird. Bei den bisher üblichen
Dosiervorrichtungen muss bei einem Zusetzen der Dosieröffnung die Dosiervorrichtung
abgeschaltet werden. Nach dem Abkühlen der Dosiervorrichtung kann dann das Dosierelement
und die Dosieröffnung gereinigt werden.
[0006] Nachteilig an den bekannten Dosiervorrichtungen ist, dass eine Reinigung der Dosieröffnung
und des Dosierelementes nur bei abgeschalteter Dosiervorrichtung möglich ist, wodurch
der laufende Herstellungsprozess unterbrochen werden muss. Darüber hinaus besteht
das Problem, dass aufgrund der hohen Temperaturen, mit denen derartige Dosiervorrichtungen
betrieben werden, immer auch die Gefahr besteht, dass sich das Wartungspersonal bei
nicht ausreichender Abkühlzeit beim Reinigen der Dosiervorrichtung verletzt, beispielsweise
Verbrennungen zuzieht.
[0007] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dosiervorrichtung der eingangs genannten Art so
weiterzubilden, dass ein Zusetzen der Dosieröffnung während des laufenden Betriebes
der Dosiervorrichtung nahezu ausgeschlossen werden kann.
[0008] Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Dosiervorrichtung mit den Merkmalen nach
Anspruch 1.
[0009] Bei der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung dient das Dosierelement nicht nur zum
Verschließen der Dosieröffnung, sondern gleichzeitig auch als Einrichtung zum Reinigen
der Dosieröffnung während des laufenden Betriebes der Dosiervorrichtung. So kann mit
der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung während des laufenden Betriebes das Dosierelement
axial hin und her bewegt werden. Gleichzeitig oder zeitlich versetzt zum axialen Hin-
und Herbewegen kann des Dosierelement ferner um seine Einführrichtung herum gedreht
werden, wodurch zusätzlich eine rotatorische Relativbewegung des Dosierelementes zur
Dosieröffnung erreicht wird. Durch diese gleichzeitig oder auch aufeinanderfolgend
auftretenden Relativbewegungen des Dosierelementes zur Dosieröffnung können sowohl
am Dosierelement als auch an der Dosieröffnung anhaftende Rückstände, wie Oxide der
Schmelze, auf sehr einfache und elegante Weise während des laufenden Betriebes der
Dosiervorrichtung entfernt werden. Hierdurch kann auf das bei dem Stand der Technik
übliche Abschalten der Dosiervorrichtung und das Demontieren des Dosierelementes oder
eines mit der Dosieröffnung versehenen Einsatzes verzichtet werden.
[0010] Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung werden
aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen ersichtlich.
[0011] Als Dosierelement wird vorzugsweise eine axial verstellbare Dosiernadel eingesetzt,
welche gleichzeitig zusätzlich zur axialen Verstellbarkeit um ihre Längsachse herum
drehbar anzutreiben ist. Zum Verschließen der Dosieröffnung wird die Dosiernadel in
die Dosieröffnung eingeführt. Die Verwendung einer Dosiernadel, also eines länglichen
Dosierelementes mit vergleichsweise geringem Querschnitt, hat den Vorteil, dass die
Dosiernadel beim Auftreffen auf Abscheidungen mit einer bezogen auf die Fläche vergleichsweise
großen Kraft auf die Abscheidungen einwirkt und diese lösen kann.
[0012] Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung
wird vorgeschlagen, zumindest das in die Dosieröffnung einzuführende freie Ende des
Dosierelementes aus einem wärmebeständigen und gleichzeitig gehärteten Material zu
fertigen. Das freie Ende ist hierzu entweder durch geeignete Härte- und Wärmebehandlungsschritte
gehärtet. Alternativ ist es auch möglich, das Dosierelement aus einem Grundkörper
aus einem wärmebeständigen Material zu fertigen, an dessen Ende ein aus einem wärmebeständigen
und gleichzeitig gehärteten Material gefertigter Aufsatz, beispielsweise ein Schneidstempel,
durch geeignete Befestigungsverfahren wie Schweißen oder Kleben befestigt ist. Durch
Ausbilden des freien Endes des Dosierelementes aus einem wärmebeständigen und gleichzeitig
gehärteten Material wird sichergestellt, dass insbesondere das freie Ende des Dosierelementes
den während des Reinigens entstehenden hohen mechanischen Belastungen widerstehen
kann, so dass das Dosierelement trotz seiner Reinigungsfunktion eine verglichen mit
den bekannten Dosierelementen vergleichbar hohe Standzeit aufweist.
[0013] Des Weiteren wird vorgeschlagen, an dem Dosierelement nahe seinem in die Dosieröffnung
einzuführenden freien Ende mindestens einen radial nach außen abstehenden Schaber
vorzusehen. Mit Hilfe dieses Schabers ist es möglich, die Ablagerungen im Eintrittsbereich
der Dosieröffnung zu entfernen.
[0014] Bevorzugt ist die Dosieröffnung an einem Einsatz ausgebildet, welcher an der Dosierkammer
vorzugsweise lösbar befestigt ist. Bei dieser Weiterbildung kann der mit der Dosieröffnung
versehene Einsatz aus einem besonders widerstandsfähigen Material gebildet sein, so
dass insbesondere der Öffnungsbereich der Dosieröffnung, der durch das Öffnen und
Schließen einerseits und durch das Reinigen andererseits sehr hohen mechanischen Belastungen
ausgesetzt ist, eine vergleichsweise hohe Standzeit zeigt. Ist der Einsatz lösbar
an der Dosierkammer befestigt, kann er ohne großen Aufwand ausgebaut und durch einen
anderen Einsatz ersetzt werden.
[0015] Die Dosieröffnung weist vorzugsweise einen Einlauftrichter auf, der einen sich in
Abströmrichtung der Schmelze kegelförmig verjüngenden Trichterabschnitt hat, welcher
vorzugsweise in einen Kanal konstanten Querschnitts übergeht, wodurch ein kontinuierlicher
Schmelzestrom aus der Dosieröffnung sichergestellt werden kann. Bei einer derart ausgestalteten
Dosieröffnung mit Einlauftrichter ist es von besonderem Vorteil, wenn der zuvor beschriebene
Schaber bei vom Dosierelement geschlossener Dosieröffnung zumindest abschnittsweise
an dem Trichterabschnitt des Einlauftrichters anliegt.
[0016] Der Aktuator, mit dem das Dosierelement sowohl axial als auch rotatorisch verstellt
werden kann, ist vorzugsweise mit einer einzigen Antriebseinheit ausgestattet. Hierdurch
wird insbesondere der für die Dosiervorrichtung insgesamt erforderliche Bauraum deutlich
vermindert. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Antriebseinheit
ein vorzugsweise pneumatisch zu betätigender Linear-Rotations-Zylinder verwendet,
welcher mit dem Dosierelement zur Übertragung der Stellbewegung gekoppelt ist.
[0017] Alternativ ist es auch möglich, einen Aktuator zu verwenden, der eine erste Antriebseinheit
zum axialen Verstellen des Dosierelementes sowie eine zweite Antriebseinheit zum rotatorischen
Verstellen des Dosierelementes aufweist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn
ein bereits bestehendes System mit einer Antriebseinheit zum axialen Verstellen des
Dosierelementes zusätzlich mit einer Antriebseinheit zum rotatorischen Verstellen
des Dosierelementes nachgerüstet werden soll.
[0018] Das axiale und rotatorische Verstellen des Dosierelementes kann gegebenenfalls gleichzeitig
erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, das Dosierelement wahlweise axial oder rotatorisch
zu verstellen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind diese beiden Betriebsmodi
gleichzeitig realisiert, so dass der Benutzer das Dosierelement entweder gleichzeitig
axial und rotatorisch oder aber nur axial und nur rotatorisch verstellen kann. Insbesondere
das gleichzeitige axiale und rotatorische Verstellen des Dosierelementes hat den Vorteil,
dass das Reinigen der Dosieröffnung sowie des Dosierelementes auch während des normalen
Betriebs der Dosiervorrichtung erfolgen kann.
[0019] Damit sich das Dosierelement in der Dosieröffnung möglichst nicht verkantet sowie
zum Ausgleich fertigungsbedingter oder betriebsbedingter Toleranzen, ist bei einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung zwischen
dem Dosierelement und dem Aktuator eine kardanische Aufhängung vorgesehen, welche
das Dosierelement mit dem Aktuator koppelt. Mit Hilfe der kardanischen Aufhängung
kann ein Achsversatz zwischen dem Dosierelement und den Bewegungsachsen des Aktuators
ausgeglichen werden.
[0020] Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung
ist der Aktuator außerhalb der Dosierkammer angeordnet, wobei als Dosierelement eine
Dosiernadel dient, welche durch die Dosierkammer hindurchragt und in die Dosieröffnung
axial eingeführt oder aus dieser herausgezogen werden kann. Bei dieser Ausgestaltung
der Dosiervorrichtung ist die Dosiernadel in einer an der Wand der Dosierkammer ausgebildeten
Halteöffnung verschieblich und drehbar gelagert. Auf diese Weise wird eine sehr definierte
Positionierung der Dosiernadel relativ zur Dosieröffnung erreicht.
[0021] Die Dosierkammer ist vorzugsweise durch eine beheizte Versorgungsleitung mit der
Schmelzeinrichtung verbunden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere
Dosierkammern zum Einsatz kommen, die an einer gemeinsamen Schmelzeinrichtung angeschlossen
sind.
[0022] Die zuvor beschriebene Dosiervorrichtung wird vorzugsweise zum Dosieren einer Metallschmelze
eingesetzt. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung zum Dosieren
geschmolzenen Bleis bei der Bleioxidherstellung.
[0023] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung; und
- Fig. 2
- eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dosiernadel.
[0024] In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung
10 dargestellt. Die Dosiervorrichtung 10 dient im vorliegenden Fall zur dosierten
Abgabe einer Bleischmelze für die Bleioxidherstellung.
[0025] Die Dosiervorrichtung 10 hat eine beheizte Dosierkammer 12, die aus einem hitzebeständigen
Material gefertigt oder zumindest mit einem hitzebeständigen Material ausgekleidet
ist. Die Dosierkammer 12 steht über eine gleichfalls beheizte Versorgungsleitung 14
mit einer nicht dargestellten Schmelzeinrichtung in Verbindung, in welcher das Blei
für den Dosiervorgang aufgeschmolzen wird.
[0026] An der Unterseite der Dosierkammer 12 ist eine Öffnung 16 ausgebildet, in welcher
ein Einsatz 18 lösbar gehalten ist. Der Einsatz 18 ist hierzu an der Dosierkammer
12 durch eine nicht dargestellte Überwurfmutter gesichert.
[0027] In dem zylindrischen Einsatz 18 ist eine sich entlang seiner Symmetrieachse erstreckende
Dosieröffnung 20 ausgebildet, welche einen Einlauftrichter 22 aufweist, mit dem die
Dosieröffnung 20 mit dem Innenraum der Dosierkammer 12 verbunden ist. Der Einlauftrichter
22 hat einen sich in Abströmrichtung der Schmelze kegelförmig verjüngenden Trichterabschnitt
24, welcher in einen Kanal 26 mit rundem und konstanten Querschnitt übergeht.
[0028] An der Wand der Dosierkammer 12, welche der Dosieröffnung 20 gegenüber angeordnet
ist, ist eine Halteöffnung 26 ausgebildet, in welcher eine Führungsbuchse 30 gehalten
ist. Die Halteöffnung 28 ist dabei so relativ zur Öffnung 16 bzw. so relativ zur Dosieröffnung
20 angeordnet, dass die Symmetrieachse der Führungsbuchse 30 zur Symmetrieachse der
Dosieröffnung 20 zumindest annähernd fluchtet.
[0029] In der Führungsbuchse 30 ist als Dosierelement eine Dosiernadel 32 längsverschieblich
und rotatorisch geführt, deren Aufbau nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher
erläutert wird.
[0030] Die Dosiernadel 32 hat einen Nadelkörper 34 aus einem wärmebeständigen Stahl. An
dem in Fig. 2 unten dargestellten freien Ende des Nadelkörpers 34 ist ein aus einem
wärmebeständigen und gleichzeitig gehärteten Stahl gefertigter Schneidstempel 36 durch
Schweißen bzw. Kleben befestigt. Beabstandet zum freien Ende des Schneidstempels 36
an dem sich unmittelbar anschließenden vorderen Abschnitt des Nadelkörpers 34 sind
drei radial nach außen abstehende, gleichmäßig zueinander beabstandete, identische
Schaber 38 befestigt, welche sich in Längsrichtung L der Dosiernadel 32 erstrecken.
Die dem Schneidstempel 36 zugewandten vorderen Kanten 40 jedes Schabers 38 sind in
Längsrichtung L des Nadelkörpers 34 betrachtet geneigt und verlaufen unter einem Winkel
von etwa 30° zur Längsrichtung L des Nadelkörpers 34. Der Verlauf der vorderen Kanten
40 der Schaber 38 ist dabei winkelmäßig an den Verlauf des Trichterabschnittes 34
angepasst, wie später noch erläutert wird. Am anderen Ende des Nadelkörpers 34, welcher
in Fig. 2 oben dargestellt ist, ist ein Außengewinde 42 ausgebildet.
[0031] Im montierten Zustand, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Dosiernadel 32 mit ihrem
Nadelkörper 34 in der Führungsbuchse 30 axial und rotatorisch gelagert, wobei das
Außengewinde 42 in eine Verlängerung 43 eingeschraubt ist, welche mit einer kardanischen
Aufhängung 44 eines Aktuators 46 verbunden ist. Der Aktuator 46 ist mit einem pneumatisch
zu betätigenden Linear-Rotations-Zylinder 48 ausgestattet, welcher in der Lage ist,
die Dosiernadel 32 wahlweise axial oder rotatorisch zu verstellen.
[0032] Während des Betriebes ragt die Dosiernadel 32 durch die Dosierkammer 12 und ist mit
ihrem Schneidstempel 36 so zur Dosieröffnung 20 gehalten, dass bei einem Absenken
der Dosiernadel 32 der Schneidstempel 36 in den Kanal 26 eingeführt werden kann, wodurch
die Dosieröffnung 20 verschlossen wird, während gleichzeitig die vorderen Kanten 40
der Schaber 38 an dem Trichterabschnitt 24 des Einlauftrichters 22 anliegen.
[0033] Wird dagegen die Dosiernadel 32 nach oben in ihre Freigabestellung bewegt, gibt sie
den Kanal 26 vollständig frei, so dass in der Dosierkammer 12 enthaltene Bleischmelze
aus der Dosieröffnung 20 nach außen der weiteren Verarbeitung dosiert zugeführt werden
kann.
[0034] Da sich während des Betriebes der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung 10 sowohl in
der Dosieröffnung 20 Ablagerungen, beispielsweise Bleioxide, bilden, kann ein ordnungsgemäßes
Dosieren der Schmelze erschwert sein. Die Dosiervorrichtung 10 bietet nun die Möglichkeit,
mit Hilfe des axialen und rotatorischen Verstellens der Dosiernadel 32 sowie durch
das Zusammenwirken der Schaber 38 mit der Oberfläche des Trichterabschnittes 24 die
Dosieröffnung 20 und den Schneidstempel 36 der Dosiernadel 32 zu reinigen.
[0035] Zu diesem Zweck können die Ablagerungen durch Drehen der Dosiernadel 32 gelöst werden.
Dabei werden im Kanal 26 anhaftende Ablagerungen sicher entfernt und gleichzeitig
der Einlauftrichter 22 gereinigt werden. Danach wird die Dosiernadel 32 in ihre Schließstellung
bewegt, in der sie mit ihren Schabern 38 an der Oberfläche des Trichterabschnittes
24 anliegt. Anschließend wird unter geringer axialer Vorspannung der Dosiernadel 32
in Richtung der Dosieröffnung 20 die Dosiernadel 32 in langsame Drehung versetzt,
wobei die Schaber 38 die Oberfläche des Trichterabschnittes 24 reinigen.
[0036] Die sich lösenden Ablagerungen werden von der Schmelze aus der Dosierkammer 12 abgeführt,
sobald die Dosieröffnung 20 wieder geöffnet wird.
Bezugszeichenliste
[0037]
- 10
- Dosiervorrichtung
- 12
- Dosierkammer
- 14
- Versorgungsleitung
- 16
- Öffnung
- 18
- Einsatz
- 20
- Dosieröffnung
- 22
- Einlauftrichter
- 24
- Trichterabschnitt
- 26
- Kanal
- 28
- Halteöffnung
- 30
- Führungsbuchse
- 32
- Dosiernadel
- 34
- Nadelkörper
- 36
- Schneidstempel
- 38
- Schaber
- 40
- vordere Kanten
- 42
- Außengewinde
- 43
- Verlängerung
- 44
- kardanische Aufhängung
- 46
- Aktuator
- 48
- Linear-Rotations-Zylinder
- L
- Längsrichtung
1. Dosiervorrichtung für eine Schmelze, insbesondere für eine Metallschmelze, mit einer
Dosierkammer (12), an der eine Dosieröffnung (20) zur Abgabe der in der Dosierkammer
(12) enthaltenen Schmelze vorgesehen ist, einem Dosierelement (32) zum Verschließen
und Freigeben der Dosieröffnung (20) sowie einem Aktuator (46) zum Verstellen des
Dosierelementes (32) zwischen einer Schließstellung, in der es die Dosieröffnung (20)
verschließt, und einer Freigabestellung, in der es die Dosieröffnung (20) zur Abgabe
der Schmelze öffnet,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Dosierelement (32) zum Verschließen der Dosieröffnung (20) zumindest teilweise
in diese axial einführbar und zum Reinigen der Dosieröffnung (20) um seine Einführrichtung
(L) herum drehbar antreibbar ist.
2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Dosierelement eine axial verstellbare Dosiernadel (32) dient, welche zum Verschließen
der Dosieröffnung (20) in diese axial einzuführen und um ihre Längsachse (L) herum
drehbar anzutreiben ist.
3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Dosieröffnung (20) einzuführende freie Ende (36) des Dosierelementes (32)
aus einem wärmebeständigen und gehärteten Material gefertigt ist.
4. Dosiervorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierelement (32) nahe seinem in die Dosieröffnung (20) einzuführenden freien
Ende (36) mindestens einen radial nach außen abstehenden Schaber (38) aufweist.
5. Dosiervorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosieröffnung (20) in einem vorzugsweise lösbar an der Dosierkammer (12) vorgesehenen
Einsatz (18) ausgebildet ist.
6. Dosiervorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosieröffnung (20) einen Einlauftrichter (22) aufweist, der einen sich in Abströmrichtung
der Schmelze kegelförmig verjüngenden Trichterabschnitt (24) hat, welcher vorzugsweise
in einen Kanal (26) konstanten Querschnitts übergeht.
7. Dosiervorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schaber (38) bei vom Dosierelement (32) geschlossener Dosieröffnung
(20) zumindest abschnittsweise an dem Trichterabschnitt (24) des Einlauftrichters
(22) anliegt.
8. Dosiervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (46) eine einzige Antriebseinheit (48) zum axialen und rotatorischem
Verstellen des Dosierelementes (32) aufweist.
9. Dosiervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (46) als Antriebseinheit einen vorzugsweise pneumatisch zu betätigenden
Linear-Rotations-Zylinder (48) aufweist, der mit dem Dosierelement (32) zur Übertragung
der Stellbewegungen gekoppelt ist.
10. Dosiervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (46) die Dosiernadel (32) gleichzeitig axial und rotatorisch und/oder
wahlweise axial oder rotatorisch verstellt.
11. Dosiervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierelement (32) durch eine kardanische Aufhängung (44) mit dem Aktuator (46)
gekoppelt ist.
12. Dosiervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierelement eine Dosiernadel (32) ist, welche durch die Dosierkammer (12) hindurchragt
und in einer gegenüber der Dosieröffnung (20) an der Wand der Dosierkammer (12) ausgebildeten
Halteöffnung (28) verschieblich und drehbar gelagert ist.
13. Dosiervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Dosierkammer (12) eine vorzugsweise beheizte Versorgungsleitung (14) mündet,
welche zum Zuführen der Schmelze aus einer Schmelzeinrichtung in die Dosierkammer
(12) dient.
14. Dosiervorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (10) zum Dosieren einer Metallschmelze, vorzugsweise zum Dosieren
geschmolzenen Bleis bei der Bleioxidherstellung, dient.