Steigrohre aus sinterkeramischem Material für Metallschmelzen werden z. B. beim Niederdruckkokillengießverfahren für Leichtmetallschmelzen, insbesondere für Aluminium und Aluminium-Legierungen eingesetzt (DIN 1725 Blatt 2). Bei diesem Verfahren befindet sich die Leichtmetallschmelze in einem abgeschlossenen, thermisch isolierten Behälter, aus dem die Schmelze über ein Steigrohr in die metallische Form (Kokille) gefördert wird. Gegebenenfalls kann sich zwischen dem Steigrohr und der Kokille noch ein Zwischenrohr befinden. Zur Beförderung der Metallschmelze werden Steigrohr und gegebenenfalls Zwischenrohr an die Kokille gedrückt, und der Raum über der Metallschmelze wird mit Druck beaufschlagt. Da- durch steigt der Metallspiegel im Steigrohr und die Metallschmelze wird in die Ko- kille gefördert.

Die Halterung, mit welcher das keramische Steigrohr in die Metallschmelze gehalten und an die Kokille gedrückt wird, muß folgenden Anforderungen genügen : 1. Halten und Positionieren des Steigrohres ; 2. Aufnehmen der axialen Kräfte, die beim Zusammenfahren von Steigrohr und Kokille entstehen ; 3. Abdichten des Überdruckes im Ofenraum gegenüber dem Umgebungsdruck ;

4. Erfüllung der Funktionen 1 bis 3 auch bei unterschiedlicher Wärmedehnung von Halterung und Rohr ; 5. Erfüllung der Funktionen 1 bis 4 auch bei maximaler Anwendungstemperatur (an der Außenfläche der Halterung werden typischerweise Temperaturen von 300 bis 400°C gemessen).

Nach dem Stand der Technik erfolgt die Befestigung der Steigrohre an der Halterung über einen Flansch am Keramikrohr. Dieser Flansch kann rechtwinkelig oder konisch, endständig oder nicht-endständig sein. Als Sonderformen finden sich auch Kombinationen der genannten Varianten.

Eine verwandte Anwendung zur Förderung von flüssigem Material besteht in einer Halterung für Dosiersteigrohre. Hierbei werden die Rohre häufig mit einem Feuer- festzement in einem Metallrohr eingegossen. Diese Halterung genügt allerdings nicht den oben genannten Anforderungen für Steigrohr-Halterungen in Zusammenhang mit Metallschmelzen.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Halterungen für Steigrohre haben ver- schiedene Nachteile. Bei Verwendung eines rechtwinkligen Flansches sind z. B. die von der Halterung tragbaren axialen Kräfte begrenzt, da diese zu Spannungen im Verbindungsbereich zwischen Flansch und Steigrohr führen, welche schließlich in Rissen und einer Zerstörung des Rohres münden können. Eine Begrenzung der axialen Kräfte bedeutet aber zugleich, daß der Anpressdruck zwischen Kokille (oder Zwischenrohr) und Steigrohr begrenzt ist, was u. U. zu einer unzureichenden Dich- tung an dieser Stelle führen kann.

Bei konischen Flanschen ist zwar eine höhere axiale Belastung möglich, jedoch kommt es zu Verschiebungen innerhalb der Halterung durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen des Steigrohres und der Halterung. Diese Verschiebungen

müssen durch die Elastizität der zwischengeschalteten Dichtungen ausgeglichen wer- den, was besondere Anforderungen an deren Materialeigenschaften stellt.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und ein Steigrohr sowie eine Halterung für ein Steigrohr zur Verfü- gung zu stellen, welche hohe axiale Kräfte aufnehmen können und bei denen keine Dichtungsprobleme auftreten, insbesondere nicht durch unterschiedliche Wärme- ausdehnungen von Steigrohr und Halterung oder durch variierende axiale Be- lastungen.

Diese Aufgabe wird durch ein Steigrohr für Metallschmelzen gelöst, welches vor- zugsweise aus sinterkeramischem Material besteht und welches einen Kopplungs- bereich hat, der mit einer Halterung des Steigrohres zusammenwirken kann. Anders als beim Stand der Technik besteht der Kopplungsbereich bei dem erfindungsge- mäßen Steigrohr jedoch aus Vertiefungen in der Außenoberfläche des Steigrohres.

Das erfindungsgemäße Steigrohr wird durch Einklemmen in eine Halterung befestigt.

D. h., daß radial zur Steigrohrachse verlaufende Kräfte auf den Umfang des Steig- rohres wirken und daß dieses hierdurch gehalten wird.

In einer nebengeordneten Ausgestaltung der Erfindung wird der Kopplungsbereich am Steigrohr durch eine Aufrauhung der Außenoberfläche gebildet. Durch diese Auf- rauhung kann der Kopplungsbereich mit einer entsprechenden z. B. aufgerauhten Fläche an einer Halterung derart zusammenwirken, daß die Halterung das Steigrohr einklemmt und hierdurch hält.

Den beschriebenen erfindungsgemäßen Steigrohren ist gemeinsam, dal3 sie einfacher als die bekannten Steigrohre mit einem rechteckigen oder konischen Flansch her- gestellt werden können. Die erfindungsgemäßen Steigrohre haben nämlich keinen solchen Flansch, sondern allenfalls eine Vertiefung (Nut) oder Aufrauhung der Ober- fläche. Die äußere Form des Steigrohres ist somit durchgehend zylinderisch ohne

hervorstehende Elemente. Diese Steigrohre können daher z. B. auch durch ein Extrusionsverfahren hergestellt werden. Weitere Vorteile dieser Steigrohre ergeben sich bei ihrem Zusammenwirken mit erfindungsgemäßen Halterungen, welche im folgenden beschrieben werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Halterung für ein Steigrohr für Metallschmelzen, welche so ausgebildet ist, dal3 mit ihr eine dosierbare und in bezug auf die Steigrohr- achse radiale Klemmkraft auf die Außenoberfläche des Steigrohres ausgeübt werden kann. Eine solche Halterung erlaubt es, daß ein Steigrohr ohne hervorstehende Flan- sche verwendet wird. Ein solches Steigrohr läßt sich wesentlich einfacher herstellen als eines mit Flansch. Die Festigkeit der Halterung läßt sich durch die dosierbare radiale Klemmkraft quasi beliebig einstellen.

Vorzugsweise wird die Klemmkraft in der genannten Halterung über Metallkeile übertragen. Deren Material und Form kann passend zum Steigrohr gewählt werden.

Ferner ist es möglich, durch unterschiedliche Geometrien der Metallkeile das Steig- rohr an verschiedenen Positionen (Höhen) einzuspannen, so daß sich auf einfache Art und Weise eine variable Höheneinstellung ergibt. Beim Stand der Technik ist da- gegen die vertikale Position eines Steigrohres immer durch den fest angebrachten Flansch am Steigrohr festgelegt.

Die erfindungsgemäße Halterung kann insbesondere aus einem in Richtung der Steigrohrachse unteren Element und einem zugeordneten oberen Element bestehen, deren axialer Abstand variabel einstellbar ist. Dabei hat das untere und/oder das obere Element eine zur Steigrohrachse geneigt verlaufende Fläche, welche mit der Keilfläche des Metallkeils derart zusammenwirkt, daß der Metallkeil bei einer Ver- ringerung des Abstandes zwischen oberem und unterem Element radial auf das Steigrohr zubewegt wird. Durch Variation des Abstandes zwischen oberem und unterem Element kann somit die Klemmkraft, mit welcher das Rohr von den Metall- keilen festgehalten wird, dosiert werden. Dabei ist es bevorzugt, daß die geneigt ver- laufende Fläche am unteren Element angebracht ist, da in diesem Falle eine nach

unten gerichtete axiale Belastung auf das Steigrohr, die sich auf den Metallkeil überträgt, den Metallkeil entlang der geneigten Fläche näher auf das Steigrohr zu- rutschen läßt, so daß die Klemmwirkung noch erhöht wird. Eine derartige Halterung wird daher im Bedarfsfalle (axiale Belastung) noch von selbst verstärkt.

In einer nebengeordneten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Halterung, bei welcher sich zwischen Halterung und Steigrohr eine Dichtung befindet, kann der Anpressdruck der Dichtung an die Außenoberfläche des Steigrohres auf einen von der axialen Belastung unabhängigen Mindestwert eingestellt werden.

Bei den Steigrohr-Halterungen nach dem Stand der Technik befindet sich eine Dichtung zwischen der Halterung und der Außenoberfläche des Flansches des Steigrohres. Die parallel oder gegebenenfalls schräg zur Steigrohrachse gerichtete Lage dieser Dichtung führt dazu, daß sich axiale Belastungen auf das Steigrohr zumindest mit Teilkomponenten auf die Dichtung übertragen. Dies kann zum einen zu einer enormen Belastung für die Dichtung führen, zum anderen wird der Anpress- druck und damit die Dichtwirkung durch die axiale Belastung bestimmt. Bei geringer axialer Belastung ist auch die Dichtwirkung gering. Bei der erfindungsgemäßen Halterung kann dagegen der Anpressdruck der Dichtung zwischen Halterung und Steigrohr unabhängig von der axialen Belastung auf einen Mindestwert eingestellt werden. Dies garantiert, daß auch bei geringer axialer Belastung eine ausreichende Dichtung vorliegt, so daß keine Gase aus dem unter Überdruck stehenden Ofenraum in die Umgebung gelangen können.

In einer speziellen Ausgestaltung der zuletzt genannten Halterung ist die Dichtung zwischen der Außenoberfläche des Steigrohres und einer parallel hierzu verlaufenden Fläche der Halterung angeordnet, wobei die genannten Flächen vorzugsweise parallel zur Steigrohrachse verlaufen. Da die axialen Belastungen definitionsgemäß in Rich- tung der Steigrohrachse verlaufen, kann sich (außer durch Reibung) keine Kompo- nente dieser Belastungen auf die Dichtung und die gegenüberstehende Fläche der Halterung übertragen. Der Anpressdruck der Dichtung ist somit nahezu völlig unab-

hängig von der axialen Belastung des Steigrohres. Hierdurch wird eine ausreichende Dichtung des Ofenraumes auch dann garantiert, wenn variable axiale Belastungen vorliegen oder wenn durch unterschiedliche Wärmedehnungen Verschiebungen innerhalb der Halterung vorkommen.

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert.

Figur 1 zeigt ein Steigrohr nach dem Stand der Technik mit rechtwinkeligem Flansch.

Figur 2 zeigt ein Steigrohr nach dem Stand der Technik mit konischem Flansch.

Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung von Steigrohr und Halterung.

In Figur 1 ist ein Schnitt durch die Halterung 2 eines Steigrohres 1 dargestellt. Das Steigrohr kommt aus einer unterhalb gelegenen (nicht dargestellten) Leichtmetall- schmelze, welche sich in einem Raum mit dem Ofendeckel 7 befindet. Oberhalb des Steigrohres 1 befindet sich (schematisch angedeutet) die Kokille 4 bzw. ein Zwi- schenrohr. Das dargestellte Steigrohr 1 hat einen rechtwinklig abstehenden Flansch 3, welcher rundum von der Halterung 2 aufgenommen wird.

Dieser Typ von Steigrohrhalterung stellt die verbreitetste Variante dar. Die mecha- nische Einspannung bedingt, daß nur eine eingeschränkte axiale Kraft 9 aufgebracht werden kann, da hierbei Zugspannungen am Ansatz 8 der Flansche induziert werden, die zu Rissen führen können. Die axiale Kraft entsteht durch das Ankoppeln der Gießform (Kokille) an das Steigrohr. Die Tatsache, daß nur eine begrenzte Kraft aufgebracht werden kann, beinhaltet die Gefahr, daß durch ungenügende Pressung der Dichtung 5 zwischen Kokille 4 und Steigrohr 1 Metallschmelze austreten bzw.

Luft einströmen kann. Ferner hat es sich in der Praxis gezeigt, daß durch Schwankungen in der Kompressibilität der Dichtungen 6 am Flansch des Steigrohres Risse und Undichtigkeiten entstehen. Weiterhin ist zu beachten, daß eine axiale

Kraft, die sich auf das Steigrohr 1 überträgt, zu einer Kompression der unteren Dichtung 6 führt, während die obere Dichtung 6 am Flansch entsprechend entlastet wird. D. h., daß es um die obere Dichtung herum zu Undichtigkeiten kommen kann.

In Figur 2 ist eine andere Variante für eine Halterung von Steigrohren nach dem Stand der Technik dargestellt. Hierbei befindet sich am Ende des Steigrohres 1 ein konischer Flansch 11. Die geneigte Fläche dieses Flansches liegt dabei über eine Zwischendichtung 12 auf einer entsprechend geneigten Fläche der Halterung 10 auf.

Diese Variante ist in der Regel sehr massiv im Flanschbereich, und es ist eine hohe axiale Belastung (>100kN) möglich. Dadurch kann eine sichere Abdichtung zwischen Kokille 4 und Steigrohr 1 erreicht werden. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnung zwischen Halterung 10 und Rohr 1 bewegt sich das Rohr bei gleichbleibender axialer Kraft jedoch um typischerweise 0,2 mm nach unten. Wenn die Kokille diese Bewegung nicht mitmacht, muß diese Strecke durch die Elastizität der Dichtungen 12,13 ausgeglichen werden. Dies führt zu entsprechenden Anforde- rungen an die Materialeigenschaften dieser Dichtungen. Weiterhin ist zu beachten, daß auf die Dichtung 12 zwischen der Außenoberfläche des Steigrohres 1 (bzw. dessen Flansches 11) und der Halterung 10 eine Komponente der axialen Kraft 9 wirkt. Dies führt dazu, daß der Anpressdruck dieser Dichtung und damit die Dicht- wirkung von der axialen Belastung des Steigrohres 1 abhängen. Insbesondere kann eine zu geringe axiale Belastung zu einer unzureichenden Dichtigkeit führen.

Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Steigrohr mit einer zugehörigen erfindungs- gemäßen Halterung. In bekannter Weise führt das Steigrohr 1 aus der Metallschmelze durch den Ofendeckel 7 zur Kokille 4 bzw. einem zwischengeschalteten Zwischen- rohr. Weiterhin befindet sich in bekannter Weise zwischen der Kokille 4 bzw. dem Zwischenrohr und dem Steigrohr 1 eine Dichtung 14, deren Dichtheit durch eine ent- sprechend große axiale Kraft 9 garantiert wird.

Anders als die bekannten Halterungen besitzt das erfindungsgemäße Steigrohr 1 je- doch keinen Flansch. Vielmehr wird es flanschlos von einer"Klemmhalterung"ge-

halten. Dabei besitzt das Steigrohr l eine Vertiefung 20, die als Nut z. B. das gesamte Rohr umlaufen kann. Es können auch mehrere solcher Nuten in verschiedenen Abständen am Rohr vorhanden sein, so daß das Rohr problemlos an verschiedenen Stellen und damit in verschiedenen Höhen eingespannt werden kann.

In die Nut 20 greifen Metallkeile 15 ein. Die im Schnitt dargestellten Metallkeile 15 können sich z. B. als 4-fach geteilter Ring um das Rohr herum erstrecken.

Die Metallkeile 15 werden ihrerseits von einer Halterung umfaßt, welche aus einem unteren Element 16 und einem oberen Element 17 besteht. Das untere Element 16 hat dabei eine relativ zur Steigrohrachse geneigte Fläche 21, welche mit der Keilfläche des Metallkeiles 15 derart zusammenwirkt, daß eine Verkürzung des Abstandes zwischen unterem Element 16 und oberen Element 17 den Keil nach innen-Rich- tung Steigrohrachse-schiebt und somit für einen verstärkten radialen Druck auf das Steigrohr sorgt. Die Klemmhalterung des Steigrohres kann damit quasi beliebig fest gestaltet werden, indem ein entsprechend hoher Klemmdruck erzeugt wird. Um die einstellbare Abstandsverringerung zwischen unterem Element 16 und oberen Element 17 bewirken zu können, sind beide als gegeneinander verschraubbare Elemente ausgestaltet.

Bei der erfindungsgemäßen Halterung ist weiterhin anders als beim Stand der Technik die Dichtung 19 zwischen Außenoberfläche des Steigrohres 1 und Halterung 16 so angeordnet, daß sie sich zwischen zwei parallel zur Steigrohrachse verlaufen- den Flächen befindet. Dies hat die Wirkung, daß vom Steigrohr-außer über Reibung-keine axiale Belastung auf die Dichtung 19 übertragen wird. Der Anpress- druck der Dichtung 19 an das Steigrohr 1 wird vielmehr allein dadurch bestimmt, wie fest die Dichtung 19 von der Halterung 16 angepresst wird. Auch völlig ohne axiale Belastung im Steigrohr 1 ist somit ein Anpressdruck gewährleistet, der ein aus- reichendes Abdichten durch die Dichtung 19 sicherstellt.

Davon unabhängig führt eine auftretende axiale Belastung im Steigrohr 1 noch zu einer Verstärkung der Dichtwirkung. Die Dichtung 19 erhält dann nämlich über die Metallkeile 15 und die zwischengeschobenen Metallscheiben 18 von oben her einen Teil des axialen Druckes, was zu einer zusätzlichen Kompression der Dichtung 19 und damit zu einer Erhöhung der Dichtwirkung führt.

Die mit der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgte Trennung der Funktionen Halten/Positionieren und Abdichten erlaubt übliche Toleranzen für die Abmessungen von Halterung und Steigrohr und für die Kompressibilität des Dichtmaterials. Die Positionierung mittels der Metallkeile erlaubt eine genaue und sichere Positionierung des Steigrohres. Die unabhängig davon angebrachte Dichtung 19 sorgt für die not- wendige Gasdichtigkeit. Die gesamte Konstruktion erlaubt hohe axiale Kräfte 9, so daß ein sicheres Abdichten auch zwischen Steigrohr 1 und Kokille 4 (bzw. Zwi- schenrohr) erreicht wird.

Das in Figur 3 dargestellte Steigrohr 1 weist eine Nut 20 auf. Diese hat die Funktion, die Reibungskraft zwischen Steigrohr 1 und Metallkeil 15 zu erhöhen. Dieser Effekt könnte aber auch durch andere Maßnahmen erreicht werden, wie z. B. rauhe oder strukturierte Oberflächen von Steigrohr und/oder Metallkeil.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Rohre mit Flansch sind in der Herstellung deutlich aufwendiger als die erfindungsgemäßen Rohre ohne Flansch. Üblicherweise werden für die Herstellung von Steigrohren die Formgebungsverfahren isostatisches Pressen oder Schlickergießen angewendet. Für die Herstellung der erfindungsge- mäßen flanschlosen Rohre sind dagegen weitere Formgebungsverfahren denkbar, die bei Rohren mit Flansch in der Regel nicht angewendet werden (z. B. Extrudieren).

Zudem bietet sich eine Standardisierung der Rohre an, da die Position des Rohres in der Klemmhalterung leicht variiert werden kann. Bei der in Figur 3 dargestellten erfindungsgemäßen Variante ließe sich das durch mehrere Nuten 20 im Steigrohr 1 und/oder eine Verschiebung der"Nase"am Metallkeil 15 erreichen.

Ein weiterer Vorteil ist die leichte Montage und Demontage, da die Metallhalterung nicht über den unteren Teil des Steigrohres 1 geschoben werden muß, der in die Metallschmelze eintaucht. Besonders vorteilhaft ist diese Tatsache, wenn der untere Teil des Steigrohres teilweise mit einem Schutz (z. B. einer Fasermatte wie in DE 196 39 358-A1 beschrieben) versehen ist.

Das Grundprinzip der Halterung nach Figur 3 besteht darin, daß die Steigrohre im Ofen mit einer Klemmhalterung befestigt sind. In der speziell dargestellten Ausge- staltung wird dabei das Steigrohr 1 beim Zusammenschrauben der Halterung 16,17 durch den (Metall-) Keil 15 festgeklemmt. Dabei führt eine aufgebrachte axiale Last 9 zu einer simultanen Verfestigung der Klemmverbindung, da ein Druck"nach unten" auf das Steigrohr 1 die Metallkeile 15 mitzunehmen versucht, woraufhin diese auf- grund der geneigten Fläche 21 am unteren Haltungselement 16 dazu tendieren, sich auf das Steigrohr zuzubewegen und dieses daher zunehmend festzuklemmen.

Eine vorteilhafte Eigenschaft der erfindungsgemäßen Halterung entsteht ferner da- durch, daß die Dichtung 19 unabhängig von der mechanischen Einspannung des Steigrohres 1 angebracht wird. Die in Figur 3 dargestellte Anordnung führt dabei dazu, daß bei eintretender Wärmedehnung der Halterung (relativ zum Steigrohr 1) die Dichtung 19 nachgepresst wird. Eine Wärmedehnung beim Betrieb der Vorrich- tung führt daher zu einer Verstärkung der Dichtwirkung.

Die Steigrohre und/oder Halterungen bestehen vorzugsweise aus einem keramischen, besonders bevorzugt sinterkeramischen Material. Dieses kann überwiegend aus Werkstoffen auf Si02-Basis (z. B. : DFS = Dense Fused Silica (DFS), Werkstoffen auf SiC-Basis (z. B. : Oxid-oder Nitrid-gebundenes SiC, rekristallisiertes oder gesintertes SiC), Werkstoffen auf Aluminiumtitanat-Basis (z. B. : Aluminiumtitanat- Mullit) Werkstoffen auf Siliciumnitrid-Basis (z. B. : Siliciumnitrid, SiAlON) oder Werkstoffen auf Graphitbasis (z. B. Ton-Graphit) bestehen. Besonders bevorzugt

wird Aluminiumtitanatkeramik eingesetzt, z. B. wie in DE 38 14 079-A1 und DE 40 29 166-A1 beschrieben.

Die Erfindung ist nicht auf die in der Figur beispielhaft dargestellte Halterung beschränkt. Sie umfaßt vielmehr alle für den Fachmann zugänglichen Verfahren zur Befestigung eines Steigrohres in einer (Niederdruck-) Gießanlage, bei denen das Steigrohr mittels einer Klemmvorrichtung positioniert und abgedichtet wird.

Die erfindungsgemäßen Steigrohre und Halterungen können bevorzugt bei der Verarbeitung von Metallschmelzen bei Niederdruck-und Gegendruckkokillen- gießverfahren eingesetzt werden.

Bezugszeichen 1 Steigrohr 2 Halterung 3 rechtwinkliger Flansch 4 Kokille bzw. Zwischenrohr 5 Dichtung 6 Dichtung 7 Ofendeckel 8 Knickstelle 9 axiale Kraft 10 Halterung 11 konischer Flansch 12 Dichtung 13 Dichtung 14 Dichtung 15 Metallkeil 16 unteres Halterungselement (Schraube) 17 oberes Halterungselement (Schraube) 18 Metallscheibe 19 Dichtung 20 Nut 21 geneigte Fläche