DE10046491C1 - Verfahren zur Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung von Gießformen aus tongebundenen Formstoffen - Google Patents

Abstract

Bei den bekannten Prüfmethoden ist die kontinuierliche Ermittlung der Formstoffdichte und Formfestigkeit direkt an der Form und die Steuerung der Formmaschine in Abhängigkeit von der erreichten Formqualität nicht möglich. Das neue Verfahren soll es ermöglichen, eine kontinuierliche Formqualitätskontrolle direkt an der Form bei der Produktion durchzuführen sowie die Auswirkung einer schwankenden Formstoffqualität auf die Formqualität mittels Steuerung der Formstoffdosierung und Verdichtungscharakteristik der Formmaschine zu verringern. DOLLAR A Mit Hilfe von Sensoren, elektrischer Messeinrichtungen und einer Software zur Datenerfassung und -bearbeitung werden die unterschiedlichen Formeigenschaften in beliebigen Formpartien kontinuierlich erfasst und mit vorgegebenen Werten verglichen. Besteht zwischen Soll- und Istwerten ein Unterschied, der die Formqualität beeinflussen kann, werden das Formstoffeingangsvolumen und die Verdichtungscharakteristik der Formmaschine an die Schwankungen der Formstoffqualität angepasst. DOLLAR A Die Erfindung bezieht sich auf die Verdichtungsverfahren Pressen, Luftstrompressen sowie Impulsverdichtung und ist in der Gießerei und Maschinenbauindustrie einsetzbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätskontrolle und -sicherung der Gießformen aus tongebundenen Formstoffen. Die Erfindung bezieht sich auf die Verdichtungsverfahren Pressen, Luftstrompressen sowie Impulsverdichtung. Sie ist in der Gießerei- und Maschinenbauindustrie einsetzbar.

Die beim Gießen von Schmelzen in Formen aus tongebundenen Formstoffen erreichte Gussqua­ lität hängt in hohem Maße von Verdichtungszustand der Form und dessen Reproduzierbarkeit ab. Maßgebliche Gesichtspunkte bezüglich der Gussteilqualität sind Oberflächenbeschaffenheit, Maßhaltigkeit sowie ein lunkerfreies Gussgefüge. Der Verdichtungszustand der Form wird bei gegebener Modell- und Formkastengeometrie sowie geeigneter Formstoffbeschaffenheit von der Verdichtungswirkung der Formmaschine bestimmt. Eine ständige Überwachung der bei der Formherstellung erreichten Formstoffverdichtung und Formfestigkeit hat daher für die Prozess­ führung und Qualitätskontrolle der hergestellten Formen eine besondere Bedeutung.

Moderne Formmaschinen arbeiten mit einem vorher festgelegten, üblicherweise konstanten Formstoffüberschuss, d. h. mit einem gleichbleibenden Formstoffeingangsvolumen und dessen konstanter Höhe vor dem Verdichten. Nach dem Verdichten wird eine mit der Formkastenober­ kante abschließende, konstante Endhöhe der Formstoffsäule angestrebt. Unmittelbar während des Verdichtungsprozesses ist eine Variation der Verdichtungswirkung bzw. der Formstoffmenge nicht mehr möglich. Dies bedeutet, dass bei modernen Formherstellungstechnologien die Hö­ henabnahme des Formstoffes vom unverdichteten zum verdichteten Zustand den Verdichtung­ scharakteristiken der Formmaschine angepasst sein müsste. Deshalb spielen bei der Formher­ stellung mit Maschinen sowohl der Befeuchtungsgrad (Verdichtbarkeit) des Formstoffes als auch das Bindeton/Wasser-Verhältnis eine äußerst kritische Rolle. Die betrieblichen Schwankungen der Verdichtbarkeit als Folge eines veränderlichen Befeuchtungsgrades betragen normalerweise ±5%. Sie können aber in Extremfällen bis zu ±10 ÷ 15% erreichen. In diesem Grade werden auch die Festigkeit und der Verdichtungszustand der Form beeinflusst. Um den Einfluss der Ver­ dichtbarkeitsschwankungen auf die Produktqualität auszuschließen, könnte man zwei Methoden einsetzen:

• 1. Die Verdichtbarkeit des Formstoffes muss möglichst konstant gehalten werden. Dazu ist eine Echtzeit-Qualitätskontrolle der Formstoffmischung mit Hilfe des tatsächlichen Verdichtbar­ keitswertes im Formstoffaufbereitungsmischer durchzuführen. Die Grundlagen der Feuchtig­ keitskontrolle in Sandsystemen und des Zusammenhangs zwischen Feuchtigkeitsgehalt und Verdichtbarkeit sowie die entsprechenden Methoden, Ausstattungen und Konzepten wurden von Krysiak, M. B. [Krysiak, M. B.: Modern Casting 84, 1994, Nr. 4] und Hohl. B. [Hohl, B.: Giesserei 80, 1993, Nr. 21] ermittelt. Eine neue Einrichtung, der sogenannte Sand Multi Con­ troller (SMC), zur kontinuierlichen Regulierung des Formstoffaufbereitungsprozesses ist be­ kannt geworden. Der SMC ermöglicht die Regelung der Formstoffqualität in engen Grenzen. Bei Abweichungen vom Sollwert wird der erforderliche Wasserbedarf in den Mischer nachdo­ siert. Durch die Anwendung dieses Systems können aber aus betrieblichen Gründen (Still­ stand der Maschine und folglich zu langes Liegen des Formstoffes auf dem Transportsystem, usw.) die Verdichtbarkeitsschwankungen nicht ausgeschlossen werden. Außerdem können sich die mittleren und kleinen Unternehmen das System aus finanziellen Gründen oft nicht lei­ sten.
• 2. Durch eine Echtzeit-Qualitätsüberwachung der Formeigenschaften während des Verdichtens und nach dem Verdichtungsvorgang bis zum Modelltrennen sind die Verdichtungscharakteri­ stik der Formmaschine und das Formstoffeingangsvolumen an die Schwankungen der Ver­ dichtbarkeit so anzupassen, dass deren Wirkungen auf die Formqualität möglichst gering wird.

Zur Einschätzung der Formqualität werden in der Praxis Qualitätsmerkmale, wie Formstofffestig­ keit sowie -dichte und Gasdurchlässigkeit benutzt, die sowohl an Prüfkörpern als auch an der Form gemessen werden können. Die Formhärte- und Formfestigkeitsprüfungen sind die am meist verbreitetsten Verfahren zur Beurteilung der Formqualität. In der Regel werden diese bei­ den Messungen manuell direkt an der Form vorgenommen. Bei der herkömmlichen Formhärte­ messung dient die Eindrucktiefe einer federbelasteten Kugel auf einer gegenläufig eingeteilten Skala als Härtewert. Die Empfindlichkeit dieses Messprinzips reicht bei den heute üblichen Ver­ dichtungsgraden nicht mehr aus. Deshalb wurde eine Methode ähnlich der Härteprüfung im Bri­ nellversuch vorgeschlagen [Boenisch, D.; Köhler, B.: Giesserei 61, 1974, Nr. 5] und entspre­ chende Messgeräte entwickelt [Egen, W., u. a.: Giesserei 85, 1998, Nr. 7]. Wesentlich besser für die Einschätzung der Formfestigkeit ist die Formfestigkeitsprüfung. Die entsprechenden Geräte geben direkt die Druckfestigkeit des Formstoffes an. Die damit unmittelbar an den Formen be­ stimmte Druckfestigkeit entspricht mit hinreichender Genauigkeit den Werten, die an einem Prüf­ körper gemessen wurden. Beide stehen in einem linearen Verhältnis zueinander. Für die Be­ stimmung der Zugfestigkeit, die in der Praxis wesentlich wichtiger als die Druckfestigkeitsmes­ sung ist, sind beide Methoden ungeeignet, da die Gesetzmäßigkeiten in höheren Verdichtungs­ bereichen erheblich voneinander abweichen. Die Formhärte- sowie Formfestigkeitsmesswerte können auch dazu dienen, indirekt den Verdichtungsgrad der betriebsmäßig hergestellten Guss­ formen zu ermitteln. Eine weitere Methode wurde von Egen, W., u. a. [Giesserei 85, 1998, Nr. 7] für die Verdichtungsmethoden Rütteln und Pressen erarbeitet. In der Praxis werden auf Grund der Schwierigkeiten an jeder Form eine manuelle Prüfung vorzunehmen, beide Messungen oft vernachlässigt, was eine häufige Ursache für Gussausschuss ist.

Ein Mikroprozessorsystem zur Kontrolle der Unversehrtheit ist auch bekannt. Das Grundprinzip dieses Prüfverfahrens besteht darin, dass eine neu hergestellte Form mit einer Musterform hin­ sichtlich Unversehrtheit verglichen wird. Dieses Prüfverfahren beschränkt sich nur auf die Prü­ fung der sichtbaren Fehler bei der Formherstellung. Da die möglichen Abweichungen der Formdichte und Formfestigkeit bei der Prüfung im Grunde nicht bestimmt und berücksichtigt wer­ den können, gibt dieses Verfahren kein vollständiges Bild über die Formqualität und kann des­ halb zur Steuerung und Automatisierung der Formmaschinen nur als ein zusätzliches Prüfverfah­ ren empfohlen werden.

Carrey, P. R., u. a. [96. AFS Castig Congress Vortrag Nr. 92 - 054 Milwaukee, 1992] haben im Jahr 1992 den Formqualitätsindikator MQI (Mould Quality Indikator) mit einem Prüfgerät entwic­ kelt und getestet, welches direkt an der Form, also online, Messergebnisse liefert. Zur Überprü­ fung des Gerätes wurden an Cold-Box- und furanharzgebundenen Formen Werte für Verdich­ tung, Festigkeit, Gussstückoberflächengüte, Peneration und Blattrippenbildung ermittelt und mit MQI-Messungen verglichen. Es wurde ein eindeutiger Zusammenhang zwischen diesen Mess­ werten und denen des genannten Tests festgestellt. Ein ähnliches Gerät wurde von Dietert, H. vorgestellt. Die Formdichtemessung erfolgt auf der Basis der Widerstandsmessung eines Druck­ luftstromes beim Durchströmen durch die Form. Mit Hilfe der MQI-Zahl wird die Oberflächengüte der Form eingeschätzt. Die Festigkeitseigenschaften der Form werden bei der Messung nicht berücksichtigt. Die Messung wird manuell durchgeführt. Der Einsatz dieser Methode erfolgte bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt nur an Formen und Kernen aus harzgebundenen Formstoffen, aber nicht an solchen aus tongebundenen Formstoffen, so dass ihre Eignung für diesen Einsatzfall noch nicht nachgewiesen ist.

Aus der Analyse der beschriebenen Methoden zur betrieblichen Beurteilung der Formqualität geht eindeutig hervor, dass gegenwärtig keine Methode zur kontinuierlichen Prüfung der Formqualität bezüglich der Formdichte und der unterschiedlichen Formfestigkeitseigenschaften bereits während des Verdichtens oder gleich nach dem Verdichten des Formstoffes bei jeder hergestellten Form existiert. Das Fehlen eines solchen Prüfverfahrens macht folglich eine rech­ nergestützte Steuerung der Formmaschinen in Abhängigkeit von den angestrebten Formeigen­ schaften unmöglich.

Da die direkte Messung der Sanddichte und der Formfestigkeitseigenschaften während des Ver­ dichtens im Prinzip unmöglich ist, wurde versucht, diese Formeigenschaften durch die Messung der Verdichtungskräfte im Formstoff zu beurteilen. Die gemessenen Beanspruchungen können in Werte der Formstoffdichte und der unterschiedlichen Formfestigkeitseigenschaften unter Berück­ sichtigung der Formstoffseigenschaften umgerechnet werden, so dass die Qualitätskontrolle kon­ tinuierlich und direkt an der Form stattfindet. Die gewöhnlichen Kraft- bzw. Druckmessdosen sind dafür wegen der starken Sandbewegung während der Verdichtung ungeeignet. Deshalb wurden von Boenisch, D. [DE 31 47 720] spezielle Druckmessdosen zur Messung der im Formstoff auftre­ tenden Verdichtungskräften erfunden. Sie enthalten kleine Metallkolben, in denen jeweils eine Kugel eingelassen ist. Plättchen aus Weichblei werden in die Messdose eingelegt und diese mit einem Kolben verschlossen. Die Druckmessdose wird an die gewünschte Stelle des Modells oder des Modellträgers installiert. Die Kugel hinterlässt im Bleiplättchen einen dem Wirkdruck entspre­ chenden Eindruck. Zu den Vorteilen dieser Methode zählen ein geringer messtechnischer Auf­ wand und eine geringe Störanfälligkeit, da die Verwendung von elektrischen Mess- und Regi­ striergeräte nicht erforderlich ist. Der wesentliche Nachteil dieser Methode ist, dass wegen des großen Zeit- und Arbeitsaufwandes zur Messung und Auswertung der Messergebnisse die Qua­ litätskontrolle für jede hergestellte Form unmöglich ist. Die Versuche, diese Druckmessdosen zur kontinuierlichen Druckerfassung einzusetzen, waren erfolglos. Statt eines Bleiplättchen wurde eine Kraftmessdose eingebaut. Da bei der Erfassung die Formstoffbewegung nicht berücksichtigt werden konnte, zeigten die Druckmessdosen lediglich den durch den Formstoff übertragenen Pressdruck, d. h. die Sensoren spiegeln den Vertikal- und Seitendruck im Formstoff wider. Nach dem Entlasten des Formstoffs gehen die Sensoranzeigen auf den Wert Null zurück. Die Formei­ genschaften können somit nicht bestimmt werden. Deshalb sind diese Druckmessdosen zur Echtzeitqualitätskontrolle der Form sowie zum Einsatz im Steuersystem ungeeignet. Außerdem muss für die kontinuierliche Bestimmung der Formeigenschaften die Wirkung der vertikalen und seitlichen Spannungen nicht getrennt, sondern gemeinsam berücksichtigt werden. Die Anwen­ dung der vorgestellten Druckmessdosen kann diese Anforderung nicht erfüllen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur rechnergestützten Qualitätskon­ trolle und Qualitätssicherung der Formen aus tongebundenen Formstoffen bereitzustellen, wel­ ches gewährleistet, dass:

• - Formdichte und Formfestigkeit in beliebigen Formpartien während des Verdichtens und gleich nach der Verdichtung für jede hergestellte Form bestimmt werden,
• - Verdichtbarkeitsschwankungen des Formstoffes rechtzeitig erkannt und bestimmt werden,
• - Formstoffeingangsvolumen und Verdichtungscharakteristik der Formmaschine an die gefor­ derten Formeigenschaften in Abhängigkeit von den Schwankungen der Verdichtbarkeit so ge­ ändert werden, dass ihrer Auswirkung auf die Formqualität möglichst gering gehalten wird, wobei eine umfassende Kontrolle der Formqualität direkt an der Form bei der Produktion er­ möglicht wird und sich somit die Auswirkungen einer schwankenden Formstoffqualität auf die Formqualität verringern lassen.

Ziel der Erfindung ist es, eine kontinuierliche und umfassende Kontrolle der Formqualität (ge­ kennzeichnet durch die Formdichte und Formfestigkeit) direkt an der Form bei der Produktion zu ermöglichen sowie die Auswirkung einer schwankenden Sandqualität auf die Formqualität zu verringern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass mit Hilfe eines Sensors, elektrischer Messeinrichtungen und einer Software zur Datenerfassung und Datenbearbeitung die unter­ schiedlichsten Formeigenschaften in beliebigen Formpartien kontinuierlich erfasst und mit vorge­ gebenen Sollwerten verglichen werden. Besteht zwischen Soll- und Istwerten ein Unterschied, der die Formqualität negativ beeinflussen kann, werden das Formstoffeingangsvolumen und die Verdichtungscharakteristik der Formmaschine an die Schwankungen der Formstoffqualität ange­ passt.

Dazu wird ein Sensor in den Modellträger oder in das Modell so eingesetzt, dass keine Beschä­ digungen oder Veränderung der Formoberfläche auftreten. Die Auswahl der Punkte zur Senso­ rinstallation erfolgt durch eine Analyse der erforderlichen Dichteverteilung in der Form. Es müs­ sen die Punkte an der Form bestimmt werden, in denen die Formdichte und Formfestigkeit am niedrigsten sind. Normalerweise ist es für die Qualitätskontrolle ausreichend, die Formeigen­ schaften in einem solchen Punkt zu kontrollieren, da sich in anderen Formpartien höhere Form­ festigkeits- und Formdichtewerte einstellen. Der Sensor kann sowohl in vertikaler als auch in ho­ rizontaler Position montiert und bei den mechanischen, dynamischen und dynamisch- mechanischen Verdichtungsverfahren eingesetzt werden. Der Sensor ist so konstruiert, dass seine Störanfälligkeit auf ein Minimum reduziert wird.

Zum messtechnischen Aufbau des Mess- und Steuersystem sollen elektrische Messgeräte, Messverstärker und Registriergeräte eingesetzt werden. Die Auswahl der erforderlichen elektri­ schen Einrichtungen erfolgt in Abhängigkeit von den technisch-technologischen Bedingungen und der Konstruktion der Formmaschine.

Der kugelförmige Sensorfühler dringt bei der Messung in den Formstoff ein. Während des Ver­ dichtens setzt sich der Formstoff auf Grund der Einwirkung der Formmaschine in Bewegung. Dabei entstehen im Formstoff entsprechende Verdichtungskräfte bzw. Beanspruchungen, die von der Formstoffzusammensetzung, der Verdichtungsintensität und weiteren technisch- technologischen Parameter der Formherstellung bestimmt werden. Durch die Wirkung der Ver­ dichtungskraft wird der Sensorfühler in Übereinstimmung mit der Formstoffbewegung in das Sen­ sorgehäuse geschoben. Die Bewegung des Formstoffes ist dabei ausschlaggebend. Wird dieser nicht mehr bewegt, d. h. der Formstoff wird am Messpunkt nicht mehr verdichtet, dann bleibt auch der Sensorfühler stehen und verändert seine Lage nicht mehr. Dadurch wird nur die von der Formstoffbewegung entstehende Kraft aufgenommen. Außerdem reagiert der Sensor auf die Änderung der Verdichtbarkeit in dem Sinne, dass sich das Sensorsignal am Ende der Verdich­ tung proportional den Verdichtbarkeitsschwankungen ändert, wodurch die Bestimmung der Höhe dieser Schwankungen bzw. des Istverdichtbarkeitswertes möglich werden. Dies unterscheidet den neu entwickelten Sensor von den üblichen Kraft- bzw. Druckmessdosen. Die Form der Fühlerspitze gewährleistet die Aufnahme der allseitig wirkenden Verdichtungskräften. Um diese Kräfte bzw. Beanspruchungen erfassen zu können, müssen in den Sensor eine Feder und eine Kraftmessdose eingebaut werden. Durch die Bewegung des Sensorfühlers wird die Feder zu­ sammengedrückt und gibt die Kraftänderung an die Kraftmessdose weiter. Die Verschiebung des Fühlers um einen bestimmten Betrag erzeugt dabei die von der Federkonnstante abhängige Kraftänderung. Nach dem Entlasten des Formstoffes wird die Fühlerposition einerseits vom er­ reichten Verdichtungszustand der Form und andererseits von der dem Verdichtungszustand und der Formstoffzusammensetzung entsprechenden Festigkeit bestimmt. Die Abmessungen des Sensorfühlers und die im Sensor eingesetzte Feder sowie die Federvorspannung werden nach Bedarf ausgewählt, um für die bestimmten technisch-technologischen Bedingungen eine fehler­ freie Arbeit des Sensors zu gewährleisten. Außerdem kann die Kraftmessdose durch eine ent­ sprechende Dehnmessstreifenanordnung ersetzt werden. Dadurch lassen sich die Sensorab­ messungen wesentlich verringern. In diesem Fall sind die Varianten der Sensorausführung mit oder ohne Feder (wenn der Dehnmessstreifen auf einem federnden Element befestigt wird) mög­ lich. Aus dem erfindungsgemäßen Messverfahren resultieren robuste und für den Gießereibetrieb angepasste Kraftmessvorrichtungen. Die Sensoren besitzen eine ausreichende Genauigkeit bei den Kraftmessungen.

Während der Verdichtung werden die durch die Formstoffbewegung entstehenden Kräfte erfasst und gleichzeitig in Sanddichte-, Zug- und Druckfestigkeits- sowie Formhärtewerte umgerechnet. Das erleichtert die Einstellung der Formmaschine auf ein neues Gussteilsortiment. Außerdem wird die Reproduzierbarkeit der Formeigenschaften bei jeder hergestellten Form kontrolliert und somit der Wirkungsgrad der Formmaschine bezogen auf die Gewährleistung der Formeigen­ schaften bestimmt.

Auf Grund der Ungenauigkeiten beim Dosieren in der Formstoffaufbereitung oder zu langer Lage­ rung des Formstoffes auf einem Fließband oder anderer betrieblicher Ursachen kann sich der Wassergehalt des Formstoffes bzw. dessen Verdichtbarkeit ändern. Das Sensorsignal verändert sich proportional zu den Verdichtbarkeitsänderungen, so dass die Schwankungen der Verdicht­ barkeit und der Istverdichtbarkeitwert festgestellt werden können. Die Formstoffdichte-, Zug- und Druckfestigkeits- sowie die Formhärtewerte werden bei der Istverdichtbarkeit berechnet und mit Sollwerten verglichen. Die für diese Berechnungen erforderlichen Abhängigkeiten sind in der zu entwickelnden Software zur Steuerung der Formmaschinen enthalten.

Besteht ein erheblicher Unterschied zwischen Ist- und Sollwerten, werden das Formstoffein­ gangsvolumen für die nächste Form sowie die Änderung des Arbeitsregimes der Formmaschine bezogen auf die Sollwerte der Formeigenschaften berechnet und dann erst die Herstellung der nächsten Form zugelassen.

Wenn die Verdichtbarkeitsänderungen des Formstoffes zu groß werden, dann muss er ausge­ wechselt werden. Die für die Berechnung des zu dosierenden Formstoffvolumens und dem ent­ sprechenden Verdichtungsregime erforderlichen Abhängigkeiten beinhaltet das Steuerprogramm.

Die Einstellungsänderungen werden nach der Berechnung an die Steuerelemente der Formanla­ ge übermittelt. Somit wird das Arbeitsregime der Anlage automatisch an die Formstoffverdicht­ barkeit angepasst.

Einen wichtigen Teil des System stellt die Software zur Steuerung der Formanlage dar. Durch ihre Verwendung werden folgende Arbeitsschritte ausgeführt:

• - Erfassung der Sensorsignale sowie Ermittlung der entstehenden Kräfte und entsprechenden Bewegungen des Sensorfühlers
• - Berechnung der Schwankungen der Verdichtbarkeit bzw. des Istverdichtbarkeitwertes nach dem Verdichtungsvorgang
• - Berechnung der Sanddichte-, Zug- und Druckfestigkeits- sowie der Formhärtewerte
• - Vergleich der erreichten Formeigenschaften mit vorgegebenen Sollwerten und Beurteilung der erreichten Formqualität
• - Berechnung des Formstoffeingangsvolumens und der Änderungen des Arbeitsregimes der Formmaschine bezogen auf die geforderten Formeigenschaften
• - Steuerung der Formstoffdosierung und des Verdichtungsvorganges

Der Steuerungsteil der Software wird an die Verdichtungsweise und Konstruktion der Formma­ schine angepasst.

Durch diese Steuerung werden der Einfluss der veränderlichen Verdichtbarkeit auf die Formqua­ lität und die Anzahl an Ausschussformen wesentlich verringert. Außerdem wird die Formqualität kontinuierlich für jede hergestellte Form bestimmt und protokolliert, was für die Einschätzung des Wirkungsgrades der Formmaschine und für die Produktionsplanung wichtig ist. Das Konzept des rechnergestütztes Leitsystems für Formmaschinen ist in der Fig. 1 dargestellt.

Die Anwendung eines solchen Qualitätsüberwachungs- und Steuersystems macht die technische Umsetzung der nachfolgend genannten Anforderungen möglich:

• - weitere Verbesserung der Form- und folglich der Gussstückqualität
• - kontinuierliche und umfassende Kontrolle der Formeigenschaften bei der Fertigung und Ge­ währleistung deren Reproduzierbarkeit
• - Verringerung der Anzahl an Ausschussformen durch die Anpassung der Verdichtungscha­ rakteristik der Formmaschine und des Formstoffeingangsvolumens an die geforderten For­ meigenschaften in Abhängigkeit von der Istverdichtbarkeit
• - Vereinfachung der Formmaschineneinstellung bei Gußteilsortimentswechsel
• - Verminderung des Energieaufwandes zur Erzeugung der Formen
• - Verringerung der Maschinenkonstruktion (Leichtbau).

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an nachfolgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dazu wurde als Ver­ dichtungsverfahren das Pressen ausgewählt. Die Formstoffdosierung erfolgt mit konstanter Formstoffmenge, da die Gewichtsdosierung des Formstoffes bei modernen Technologien nicht anwendbar ist.

In der Fig. 2 ist ein typischer Pressverdichtungsvorgang zu erkennen. Bei der Herstellung von Gießformen durch Pressen werden auf einer Modellplatte 6 mit einem oder mehreren Modellen 5 ein Formkasten 4 und ein Füllrahmen 2 aufgestellt. Danach werden der Formkasten und der Füll­ rahmen mit dem Formstoff 3 bis zum Füllrahmenrand gefüllt. Der Formstoff 3 besteht aus einer bestimmten Menge an Sand, Bindeton, Zusatzstoffen und Wasser. Er weist eine seiner Zusam­ mensetzung entsprechende Verdichtbarkeit auf. Die für die Umrechnung der mit dem Sensor 7 erfassten Kräften in die zu prüfenden Formeigenschaften benötigten Daten müssen für diesen Formstoff bestimmt und in das Steuerprogramm eingetragen werden. Außerdem müssen die Sollwerte der zu überwachenden Formeigenschaften (Formstoffdichte, Zug- und Druckfestigkeit sowie Formhärte) in das Programm eingegeben werden. Der Formstoff wird mit dem Presskolben 1 verdichtet. Die von der Formstoffbewegung hervorgerufenen Kräfte werden mittels Sensors 7 und Steuerprogramm kontinuierlich erfasst, in Formstoffdichte-, Zug- und Druckfestigkeits- sowie Formhärtewerte umgerechnet und mit den Sollwerten verglichen. Sobald die Sollwerte erreicht werden, endet die Verdichtung. Wenn sich der Formballenrücken ober- oder unterhalb des Form­ kastenrandes befindet, dann müssen das einzudosierende Formstoffvolumen und die Verdich­ tungskraft der Presse so vergrößert oder verringert werden, bis eine Einstellung des Formballen­ rückens auf dem Niveau des Formkastenrandes erreicht wird und die Formeigenschaften ausrei­ chend sind. Damit ist die Einstellung der Formmaschine auf ein bestimmtes Sortiment und einen bestimmten Formstoff beendet. Weiterhin werden die Formeigenschaften bei jeder hergestellten Form kontrolliert. Da beim Pressen mit zunehmender Entfernung vom Presshaupt 1 infolge der inneren und äußeren Reibungswiderstände in der Form die Formstoffverdichtung zur Modell­ platte 6 hin abnimmt und die Festigkeitseigenschaften deshalb an der Modellplatte am niedrig­ sten sind, wird der Sensor 7 im Modellträger zwischen Modell und Formkasten so angeordnet, dass nur der Sensorfühler herausragt. Es können bei Bedarf mehrere Sensoren in die Modell­ platte oder direkt in das Modell installiert werden.

Fig. 3 zeigt die Ausführungsform eines einzelnen Sensors (7, Fig. 2) in vertikalem Schnitt. Der Sensor besteht im wesentlichen aus einem kugelförmigen Fühler 1, einem Gehäuse 2, einer Fe­ der 3 und einer auf dem Basisteil 9 befindlichen Kraftmessdose 7. Der Sensorfühler 1 ist beweglich. Die Feder 3 ist zwischen dem Sensorfühler 1 und dem Druckteil 6 angeordnet. Das Druckteil 6 ist an einer Kraftmessdose 7 anliegend positioniert. Gegenläufige Bewegungen des Fühlers 1, der Feder 3, des Druckteiles 6 und der Kraftmessdose 7 in horizontaler Richtung sind ausge­ schlossen.

Das Oberteil des Sensors besteht zweckmäßigerweise aus dem Fühler 1 und dem Gehäuse 2. Letzteres weist an der Innen- und Außenkontur ein Gewinde auf. Der untere Teil besteht aus dem Gehäuse 8 mit dem Basisteil 9, der Konterschraube 10, dem Zwischenteil 4 und der Kon­ termutter 5.

Die Kraftmessdose 7 wird mit dem Basisteil 9 an das untere Gehäuse 8 angeschraubt und mit Hilfe der angezogenen Konterschraube 10 fixiert. Auf die Kraftmessdose wird koaxial das Druckteil 6 installiert. Dann wird das Zwischenteil 4 angeschraubt und die Feder 3 angepasst. Von oben wird der obere Teil angeschraubt und mit der Kontermutter 5 befestigt. Bei einer Sen­ soreinstellung auf eine bestimmte Anfangskraft muss das Gehäuse 2 entsprechend angezogen werden. Eine genaue Krafteinstellung lässt sich durch die Bestimmung des Abstandes zwischen dem oberen Ende des Gehäuses 2 und dem unteren Ende der Konterschraube 10 realisieren. Damit ist der Sensor einsatzbereit. Der messtechnische Aufbau des Steuersystem wird in der Fig. 4 gezeigt.

Wie oben bereits erwähnt wurde, verändert sich das Sensorsignal am Ende der Verdichtung pro­ portional zu den Verdichtbarkeitsänderungen, so dass die Schwankungen der Verdichtbarkeit und der Istverdichtbarkeitwert festgestellt werden können. Die Formstoffdichte-, Zug- und Druck­ festigkeits- sowie die Formhärtewerte werden immer bei der Istverdichtbarkeit berechnet und mit den Sollwerten verglichen. Wenn die Istwerte der Formstoff und Formeigenschaften außerhalb der angegebenen Toleranzen liegen, werden das Formstoffeingangsvolumen für die nächste Form sowie die Änderung des Arbeitsregime der Formmaschine bezogen auf die Sollwerte der Formeigenschaften neu berechnet, und erst dann wird die Herstellung der nächsten Form zuge­ lassen.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

Fig.

2

1-7

1

Presskolben

2

Füllkasten

3

Formstoff

4

Formkasten

5

Modell

6

Modellplatte

7

Sensor nach

Fig.

2

Fig.

3

1-10

1

Sensorfühler

2

Gehäuse

3

Feder

4

Zwischenteil

5

Kontermutter

6

Druckteil

7

Kraftmessdose

8

untere Gehäuse

9

Basisteil

10

Konterschraube

Claims (3)

1. Verfahren zur Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung von Gießformen aus tongebundenen Formstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verdichtens des Formstoffes mit­ tels eines an den qualitätsgefährdeten Formpartien installierten Sensors die durch die Bewe­ gung des Formstoffes hervorgerufenen Verdichtungskräfte ermittelt, daraus mit Hilfe eines Rechnerprogramms die Qualitätsmerkmale der Form bestimmt, mit den in dem Rechnerpro­ gramm vorgegebenen Sollwerten verglichen und bei unzulässigen Abweichungen über die von dem Rechnerprogramm ausgegebenen Steuersignale das Formstoffvolumen der näch­ sten Form bzw. die Verdichtungswirkung der Formmaschine den veränderten Verdichtbar­ keitswerten des Formstoffes angepasst werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Sensor während der Verdichtung über einen kugelförmigen Fühler durch eine Kraft, die aus der Bewegung des Formstoffes resultiert, mit Hilfe einer Feder, die auf eine Kraftmessdose wirkt, die entspre­ chenden Signale zur Berechnung der Formeigenschaften abgenommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Rechnerpro­ gramm eine Erfassung der Sensorsignale sowie die Ermittlung der entsprechenden Kräfte und Bewegungen des Sensorfühlers, die Berechnung der Verdichtbarkeitsschwankungen bzw. des Istverdichtbarkeitwertes nach dem Verdichten, die Berechnung der Sanddichte-, Zug- und Druckfestigkeits- sowie Formhärtewerte, ein Vergleich der erreichten Formeigen­ schaften mit vorgegebenen Sollwerten und Beurteilung der erreichten Formqualität, die Be­ rechnung des Formstoffeingangsvolumens und der Arbeitsregimeänderungen der Formma­ schine bezogen auf die geforderten Formeigenschaften sowie eine Steuerung der Formstoff­ dosierung sowie des Verdichtungsvorganges erfolgen.