DE10011529A1 - Inductive flow sensor used for detecting light metals in the (partially) molten state during die casting has an oscillator coil whose wires are insulated using a ceramic - Google Patents
Inductive flow sensor used for detecting light metals in the (partially) molten state during die casting has an oscillator coil whose wires are insulated using a ceramicInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Fliessfrontsensor, insbesondere zur induktiven Detektion beim Druckgiessen u. dgl. von Leichtmetall-Legierungen, welcher im wesentlichen ein zylindrisches Gehäuse, eine stirnseitige Membrane, wenigstens eine Oszillatorspule mit Ferritkern und die zugehörige Elektronik umfasst.The invention relates to a flow front sensor, in particular for inductive detection die casting u. Like. Of light metal alloys, which is essentially a cylindrical housing, an end membrane, at least one oscillator coil with Includes ferrite core and associated electronics.
Beim Druckgiessen von Leichtmetallen und dergleichen sind berührungslose Nähe rungsschalter unumgänglich. In induktiven Annährungsschaltern beispielsweise sind Oszillatoren mit einem LC-Schwingkreis eingebaut, welche während dem Betrieb ein Wechselfeld erzeugen. Dieses Wechselfeld wird von sich dem Feld nähernden metalli schen Körpern bedämpft, d. h. abgeschwächt, wobei sich das Verhalten des Feldes än dert.When die casting light metals and the like, there is no contact inevitable. In inductive proximity switches, for example Oscillators with an LC resonant circuit built in, which during operation Generate alternating field. This alternating field is metalli from approaching the field dampened bodies, d. H. weakened, whereby the behavior of the field changes different.
Damit das Wechselfeld des Annäherungsschalters nach vorne in den freien Raum aus strahlen kann, sind an sich bekannte Schutzabdeckungen vor der Oszillatorspule ange ordnet, welche aus einem elektromagnetisch transparenten Material bestehen. Schutz abdeckungen aus Kunststoff sind preiswert, einfach einpassbar und elektromagnetisch transparent. Bei extremen Temperaturanforderungen werden nach dem bekannten Stand der Technik temperaturbeständige Keramikscheiben verwendet, welche wohl teurer und schwieriger im Einbau sind, aber einen guten thermischen Schutz bieten.So that the alternating field of the proximity switch points forward into the free space can radiate, are known protective covers in front of the oscillator coil arranges which consist of an electromagnetically transparent material. Protection Plastic covers are inexpensive, easy to fit and electromagnetic transparent. For extreme temperature requirements, the known State of the art uses temperature-resistant ceramic disks, which probably are more expensive and more difficult to install, but offer good thermal protection.
Sowohl Keramik- als auch Kunststoffmaterialien sind jedoch in Membranform nicht hochdruckbeständig. Um eine genügend hohe Druckfestigkeit zu erhalten, müsste die Membrandicke unverhältnismässig stark vergrössert werden. Dies wiederum hätte eine zu grosse Reduktion des Nutzschaltabstandes (oder Signalhubes) zur Folge.However, both ceramic and plastic materials are not in membrane form resistant to high pressure. In order to obtain a sufficiently high compressive strength, the Membrane thickness can be increased disproportionately. This in turn would have one Too great a reduction in the useful switching distance (or signal swing).
Auch ist bei heute üblichen Annäherungsschaltern die Elektronik, d. h. die Oszillator schaltung mit der ganzen Signalverarbeitung, im zylindrischen Schaltergehäuse unter gebracht, was den Dauertemperaturbereich des ganzen Annäherungsschalters auf et wa 200°C limitiert. Also in today's usual proximity switches, the electronics, i. H. the oscillator circuit with all signal processing, in the cylindrical switch housing below brought what the permanent temperature range of the entire proximity switch to et limited to 200 ° C.
Heutige industrielle Prozesse, insbesondere Hochtemperaturprozesse, verlangen robu ste, serienmässig hergestellte Annäherungsschalter, welche möglichst hohen Tempe raturen und/oder Drücken widerstehen, wie z. B. in der Giessereitechnik.Today's industrial processes, especially high-temperature processes, require robu Most mass-produced proximity switches that have the highest possible temperature Resist instruments and / or pressures such. B. in foundry technology.
In der EP-A 0 695 036 ist ein hochdruckfester Annäherungsschalter beschrieben, wel cher eine eingeschrumpfte Keramikscheibe als Membrane vorsieht. Eine solche Aus führung ist zwar hochtemperaturfest, aber nicht temperaturschockfest, da die unter schiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten zwischen dem Gehäuse und der Membrane zu Rissen in der Keramik führen können. Ausserdem ist die Keramikscheibe spröde und daher nicht fest gegen hohe Druckbelastungen und/oder mechanische Ein wirkungen von Schlägen mit Spitzen oder harten Teilen. Weiter können Keramikmem branen, wenn sie mit flüssigen Metallen oder Metallspuren in Kontakt treten, metallisie ren und damit bedämpft werden, was die Anwendung in der Metallgiesserei wegen der Metallschicht ausschliesst oder zumindest stark erschwert.In EP-A 0 695 036 a high pressure resistant proximity switch is described, wel cher provides a shrunk ceramic disc as a membrane. Such an out guide is resistant to high temperatures, but not resistant to temperature shocks, since the under different coefficients of thermal expansion between the housing and the Membrane can lead to cracks in the ceramic. In addition, the ceramic disc brittle and therefore not strong against high pressure loads and / or mechanical stress effects of blows with points or hard parts. Ceramic meme can also branches, if they come into contact with liquid metals or traces of metal, metallize Ren and thus be dampened, what the application in the metal foundry because of Excludes metal layer or at least very difficult.
Die EP-A-479 078 offenbart einen Sensor mit einem topfförmigen Metallgehäuse mit einer stirnseitigen Membrane und einer Oszillatorspule, der als induktiver Sensor z. B. für ein Kochfeld (Topferkennung) anwendbar ist.EP-A-479 078 discloses a sensor with a cup-shaped metal housing an end membrane and an oscillator coil, which as an inductive sensor z. B. can be used for a hob (pan detection).
Die WO 99/12260 beschreibt einen induktiven Annäherungsschalter für Temperatur- und/oder Druckanwendungen, welcher im wesentlichen ein zylindrisches Gehäuse, eine stirnseitige Membrane, wenigstens eine Oszillatorspule mit Ferritkern und eine Elektro nik umfasst, wobei die Wicklungsdrähte der Oszillatorspule mit Keramik isoliert sind. Die Oszillatorspule ist von der Membrane beabstandet und die Durchbiegung der Membra ne ist als Drucksignal detektierbar.WO 99/12260 describes an inductive proximity switch for temperature and / or printing applications, which is essentially a cylindrical housing, a front membrane, at least one oscillator coil with ferrite core and an electric nik comprises, wherein the winding wires of the oscillator coil are insulated with ceramic. The Oscillator coil is spaced from the diaphragm and the deflection of the diaphragm ne can be detected as a pressure signal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fliessfrontsensor zur Detektion flüssi ger bzw. halbflüssiger Leichtmetalle beim Druckgiessen, insbesondere einen induktiven Näherungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher hohen Temperatu ren und/oder Drücken standhält, robust ist und nur geringe temperaturbedingte Be dämpfungsänderungen aufweist. The invention has for its object a liquid front sensor for detection ger or semi-liquid light metals in die casting, especially an inductive Proximity switch of the type mentioned to create what high temperatu withstand and / or pressures, is robust and has only low temperature-related loads exhibits changes in damping.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass für Hochtemperatur- und/oder Hochdruckanwendungen eine Bauform gemäss der WO 99/12260 zur Anwen dung gelangt.According to the invention, the object is achieved in that for high-temperature and / or high pressure applications a design according to WO 99/12260 for use dung arrives.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen offenbart.Advantageous refinements are disclosed in the subclaims.
Die Bedämpfung des vom Oszillator des Annäherungsschalters ausgesandten Wech selfeldes wird im Nenntemperaturbereich nicht geändert oder kompensiert.The damping of the change sent by the oscillator of the proximity switch selfeldes is not changed or compensated in the nominal temperature range.
Von Bedeutung sind die Wicklungsdrähte der Oszillatorspule. Diese bestehen vorzugs weise aus keramikbeschichtetem Silber, Nickel, Platin oder auch Kupferberyllium.The winding wires of the oscillator coil are important. These exist preferentially made of ceramic-coated silver, nickel, platinum or copper beryllium.
Von wesentlicher Bedeutung ist weiter die Anordnung des Oszillators mit seinem LC- Schwingkreis. Lediglich die Oszillatorspule mit Ferritkern ist im Gehäuse des Fliess frontsensors angeordnet, die ganze Elektronik wird mit einem Kabel aus dem Gehäuse an einen weniger exportierten Ort geleitet. Es können auch zwei oder mehr Oszillator spulen eingebaut sein, welche coaxial und/oder nebeneinander angeordnet sind. Da durch wird erreicht, dass die Temperaturempfindlichkeit vermindert und die Signalstärke erhöht wird.The arrangement of the oscillator with its LC Resonant circuit. Only the oscillator coil with ferrite core is in the housing of the Fliess front sensor arranged, all electronics are removed from the housing with a cable directed to a less exported place. You can also use two or more oscillators coils can be installed, which are arranged coaxially and / or side by side. There is achieved by reducing the temperature sensitivity and the signal strength is increased.
Der Fliessfrontsensor erfasst die vorbeiströmende Front mit 0,1 bis 200 m/sec. Üblicher Leichtmetalllegierungen (Al-Mg-Schmelzen) Am Ausgang wird die vordere Fliessfront mit einem scharfen Impuls (abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit) als Aus gangssignals angezeigt. Der Impuls fällt dann wieder ab, selbst wenn sich immer noch Material vor dem Sensor befindet. Der Fliessfrontsensor erkennt also nur eine schnelle Leitwertveränderung im Bereich des Messflecks und zwar eine Leitwertveränderung von Isolation nach metallisch leitend. Der Sensor eignet sich somit für zyklische Appli kationen, bei denen sich die Position des Messobjektes viel schneller als die Tempera tur ändert.The flow front sensor detects the flowing front at 0.1 to 200 m / sec. More common Light metal alloys (Al-Mg melts) At the exit is the front flow front with a sharp impulse (depending on the flow velocity) as off displayed. The impulse then drops again, even if it is still Material is in front of the sensor. The flow front sensor only detects a fast one Change in the conductance in the area of the measuring spot, namely a change in the conductance from insulation to metallic conductive. The sensor is therefore suitable for cyclical applications cations, where the position of the measurement object changes much faster than the tempera door changes.
Die Erfindung wird einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch: The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to a drawing. They show schematically:
Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht des Fliessfrontsensors mit einem separaten Oszillatorteil, Fig. 1 is a sectional side view of the flow front sensor with a separate oscillator part,
Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht des Fliessfrontsensors, Fig. 2 is a sectional side view of the flow front sensor,
Fig. 3 eine Variante von Fig. 2, für leichtflüssige Metalle Fig. 3 shows a variant of Fig. 2, for low-viscosity metals
Fig. 4 ein ideales Temperaturverhalten eines Annährungsschalters, Fig. 4 is an ideal temperature behavior of an approximation switch,
Fig. 5 einen in eine Bohrung einer Giesskammer eingebauten Fliessfrontsensor Fig. 5 is a built in a bore of a casting chamber flow front sensor
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Fliessfrontsensors. Fig. 6 shows another embodiment of the flow front sensor.
Ein in Fig. 1 dargestellter Fliessfrontsensor weist ein zylindrisches Gehäuse 1 mit einem stirnseitigen, metallischen Boden 2 und einem nicht erkennbaren Aussengewinde auf. Das Gehäuse 1 und der Boden 2 bestehen aus demselben hochtemperaturfesten Mate rial mit möglichst kleiner Bedämpfung, wie z. B. ferritische Materialien, V2A-Stahl, einer Titanlegierung, Kupferberyllium oder einem anderen metallischen Material mit entspre chenden Eigenschaften, insbesondere einer hohen Temperaturschock- und Druckbe ständigkeit.A flow front sensor shown in FIG. 1 has a cylindrical housing 1 with an end face, metallic base 2 and an external thread which cannot be recognized. The housing 1 and the bottom 2 consist of the same high-temperature-resistant material with the least possible damping, such as. B. ferritic materials, V2A steel, a titanium alloy, copper beryllium or another metallic material with corre sponding properties, in particular a high temperature shock and Druckbe resistance.
Der Aufbau des Fliessfrontsensors entspricht im wesentlichen der Offenbarung der WO 99/12260.The structure of the flow front sensor corresponds essentially to the disclosure of WO 99/12260.
Die Bedämpfung des hochfrequenten elektrischen Wechselfeldes durch den metalli schen Boden 2 kann teilweise kompensiert durch wenigstens eine innenseitige Ausspa rung 3 in dem Boden 2. Jede dieser Aussparungen 3 ist mit wenigstens einer passen den Ferritpille 12 gefüllt, welche das Wechselfeld näher an einen zu detektierenden metallischen Körper K führt und damit ein höheres Nutzsignal bringt. Die Aussparungen 3 beeinträchtigen die Druckfestigkeit des Bodens 2 nur unwesentlich, insbesondere wenn lediglich eine zentrale Aussparung 3 ausgebildet ist, was überdies gute Resultate bezüglich des Schaltabstands ergibt.The damping of the high frequency alternating electric field through the metalli rule base 2 can be partially compensated by at least one inner side Ausspa funds 3 in the ground. 2 Each of these recesses 3 is filled with at least one ferrite pill 12 which leads the alternating field closer to a metallic body K to be detected and thus brings a higher useful signal. The cutouts 3 only have a minor effect on the pressure resistance of the base 2 , in particular if only a central cutout 3 is formed, which moreover gives good results with regard to the switching distance.
Innerhalb des Bodens 2 ist eine Oszillatorspule 4 angeordnet und über ein Kabel 7 mit einer externen Elektronik 6 verbunden. Diese Oszillatorspule 4 besteht aus einem hochtemperaturfesten Ferritkern 17 und einer Wicklung 18 aus einem keramikisolierten Leiter, wodurch insgesamt eine hohe Temperaturfestigkeit gewährleistet ist. Nach dem Einbau wird die gesamte Oszillatorspule 4 zweckmässig mit dem Kabel 7 vergossen. Oszillatorspule 4 und Kabel 7 können aber auch mechanisch verspannt sein. An oscillator coil 4 is arranged within the base 2 and connected to external electronics 6 via a cable 7 . This oscillator coil 4 consists of a high-temperature-resistant ferrite core 17 and a winding 18 made of a ceramic-insulated conductor, which ensures a high temperature resistance overall. After installation, the entire oscillator coil 4 is expediently cast with the cable 7 . Oscillator coil 4 and cable 7 can also be mechanically clamped.
Ebenso kann auch nur der Kopfteil 5 des Gehäuses 1 mit einem stirnseitigen Boden 2 versehen bzw. hergestellt sein. Der übrige Teil 8 des Gehäuses kann aus einem ande ren Material (Kosten, Bearbeitung) bestehen.Likewise, only the head part 5 of the housing 1 can be provided or manufactured with an end base 2 . The remaining part 8 of the housing can consist of another material (cost, processing).
In einer weiteren Ausführungsform des Fliessfrontsensors für geringe Druckbeanspru chungen ist nur ein wesentlich dünnerer Boden 2 erforderlich, im Bereich 0,1-1 mm (gegenüber 1,5 bis 3 mm gemäss Fig. 1 und 2). Ein derart dünn ausgebildeter Boden 2 ist durchlässiger für das elektromagnetische Wechselfeld, weshalb der Schaltabstand vergrössert werden kann. Durch diesen geringeren Schaltabstand sinkt die Bedämp fung durch den Boden 2 und steigt das Signal eines sich im Wechselfeld nähernden metallischen Körpers K beträchtlich, ohne dass sich die Hochtemperaturbeständigkeit ändert.In a further embodiment of the flow front sensor for low pressure loads, only a much thinner base 2 is required, in the range 0.1-1 mm (compared to 1.5 to 3 mm according to FIGS. 1 and 2). Such a thin base 2 is more permeable to the electromagnetic alternating field, which is why the switching distance can be increased. Due to this shorter switching distance, the damping through the floor 2 decreases and the signal of a metallic body K approaching in the alternating field increases considerably without the high-temperature resistance changing.
In Fig. 4 ist ein ideales Temperaturverhalten des Fliessfrontsensors dargestellt. Es wird gezeigt, wie eine günstige Materialwahl die Temperatureinflüsse über einen Nenntem peraturbereich TN aufheben oder wenigstens teilweise kompensieren kann. Auf der Ab szisse ist die Temperatur T, auf der Ordinate die infolge der Bedämpfung resultierende Temperaturempfindlichkeit der Feldstärke B des Wechselfeldes auf Annährung von metallischen Körpern K aufgetragen. Bevorzugt resultiert eine horizontale Linie, d. h. die vollständige Temperaturunabhängigkeit.In FIG. 4, an ideal temperature characteristics of the flow front sensor is shown. It is shown how a cheap choice of material can cancel or at least partially compensate for the temperature influences over a nominal temperature range T N. The temperature T is plotted on the abscissa, the temperature sensitivity of the field strength B of the alternating field resulting from the damping on the proximity of metallic bodies K is plotted on the ordinate. A horizontal line preferably results, ie complete temperature independence.
Kurve 1 zeigt die Feldstärke B bei Abnahme der Bedämpfung durch das als Membrane 2 verwendete metallische Material. Die Bedämpfung nimmt mit steigender Temperatur T ab, wodurch stärkere Signale entstehen. Kurve 11 stellt das Verhalten der Oszillator spule 4 dar, welche mit zunehmender Temperatur T mit den meisten Materialien an Feldstärke B verliert. Die Kurve I steigt vorzugsweise im selben Winkel, wie Kurve II sinkt. Bei günstiger Materialwahl heben sich die unerwünschten Temperatureffekte ge mäss Kurve I und II auf, der Fliessfrontsensor ist somit temperaturkompensiert, wie dies in der resultierenden Kurve III dargestellt ist.Curve 1 shows the field strength B as the attenuation decreases due to the metallic material used as membrane 2 . The damping decreases with increasing temperature T, which produces stronger signals. Curve 11 represents the behavior of the oscillator coil 4 , which loses field strength B with increasing temperature T with most materials. Curve I preferably rises at the same angle as curve II decreases. With an inexpensive choice of material, the undesirable temperature effects according to curves I and II cancel each other out, the flow front sensor is thus temperature-compensated, as is shown in the resulting curve III.
Eine mechanische Ausführungsform des Fliessfrontsensors ist in Fig. 5 ersichtlich. Der Fliessfrontsensor wird in eine vorbereitete, abgesetzte Bohrung 9 in einem Bauteil 14 geschoben und unter Einwirkung einer Mutter 11 mit dem Bund 10 in die Bohrung 9 verspannt. Dadurch werden auch sehr hohe auf den Boden 2 einwirkende Drücke p durch die Mutter 11 sicher aufgenommen.A mechanical embodiment of the flow front sensor can be seen in FIG. 5. The flow front sensor is pushed into a prepared, stepped bore 9 in a component 14 and clamped into the bore 9 with the collar 10 under the action of a nut 11 . As a result, even very high pressures p acting on the base 2 are reliably absorbed by the nut 11 .
Claims (4)
- - die Wicklungsdrähte der Oszillatorspule (4) mit Keramik isoliert sind, und
- - die Oszillatorspule (4) um eine Distanz (n) von dem Boden (2) entfernt eingebaut ist.
- - The winding wires of the oscillator coil ( 4 ) are insulated with ceramic, and
- - The oscillator coil ( 4 ) is installed a distance (n) from the bottom ( 2 ) away.
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|---|---|---|---|
| DE2000111529 DE10011529A1 (en) | 2000-03-10 | 2000-03-10 | Inductive flow sensor used for detecting light metals in the (partially) molten state during die casting has an oscillator coil whose wires are insulated using a ceramic |
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