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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gussform mit wenigstens einem sich zumindest abschnittweise linear bewegenden Schieberkern und/oder Auswerfer sowie auf ein Verfahren zum Überwachen eines sich zumindest abschnittweise linear bewegenden Schieberkerns und/oder Auswerfers einer Gussform.
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In der Druckschrift
DE 102 61 031 B4 ist eine Druckgussform beschrieben, bei welcher gegenüber einem Druckerzeugungszylinder ein Sensor in Form eines Annäherungsschalters vorgesehen ist, um ein Führungsende eines innerhalb des Gehäuses des Druckerzeugungszylinders vorgesehenen Detektionsstabes zu detektieren. Durch den Annäherungsschalter kann angezeigt werden, ob ein Druckgussformvorgang ordnungsgemäß erfolgt ist oder ob aufgrund des Eindringens von geschmolzenem Metall, eines Defektes des Druckerzeugungszylinders oder ähnlichem die Rückführung eines Druckerzeugungsstiftes unvollständig ist und somit eine Fehlfunktion aufgetreten ist.
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Die Druckschrift
WO 03/039788 A1 offenbart ein Verfahren zur Überprüfung der Position zweier Werkzeugteile zueinander sowie ein Werkzeug zur Anwendung des Verfahrens auf dem Gebiet der Gießereitechnik. Das offenbarte Verfahren und das entsprechende Werkzeug dienen der Schließkontrolle an geteilten Werkzeugen in der Kernfertigung. Zur Schließkontrolle wird ein Werkzeuginnenraum mit Druckluft beaufschlagt. Wird ein vorgegebener Druck-Grenzwert nicht erreicht, ist das Werkzeug nicht hinreichend geschlossen. Zur Druckmessung schlägt die Druckschrift eine Druckmesseinrichtung vor, die einer Druckluftleitung zugeordnet ist, die sich entweder durch das Werkzeugteil hindurch erstreckt oder in einen Durchgang des Werkzeugteils mündet.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 103 59 975 A1 beinhaltet ein Spritzgießwerkzeug, bei welchem in einer Bohrung einer Werkzeugwand ein Sensor zum Ermitteln eines Werkzeuginnendruckes in einer Kavität des Spritzgießwerkzeuges vorgesehen ist.
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Die Druckschrift
DE 103 30 658 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung und Wartung von Druckgießformen und eine entsprechende Druckgießform, wobei allgemein vorgeschlagen wird, den Gießvorgang mittels Sensoren dynamisch zu überwachen. Als Beispiel hierfür wird angegeben, die Temperatur und ihre Verläufe entlang einer Zeitachse des Druckgießformkörpers an unterschiedlichen Positionen, den Kraftverlauf und die Kraftverteilung an gewählten Positionen der Druckgießform und an Kupplungen zwischen Schieberelementen und ihren Antrieben und/oder die Verformung und/oder die Spannungsverläufe und/oder die Spannungsverteilung an ausgewählten Positionen des Druckgießformkörpers zu überwachen. In einem Beispiel wird vorgeschlagen, den Stößel, den Auswerfer, den Rückstoßer und weitere Teile mit Kraftsensoren auszustatten, um Schwergängigkeit oder Blockierungen zu erfassen.
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Die Druckschrift
DE 103 30 658 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung und Wartung von Druckgießformen. Hierzu werden der Kraftverlauf und die Kraftverteilung an gewählten Positionen der Druckgießform und an Kupplungen zwischen Schieberelementen und ihren Antrieben mittels Kraftsensoren überwacht. Ferner wird in der Druckschrift vorgeschlagen, an abschnittsweise dünnwandigeren Teilen von Formeneinsätzen, die durch die komplizierte Form einiger Werkstücke bedingt sind, Kraftsensoren oder Dehnungsaufnehmer anzubringen.
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Sich bewegende Elemente an einer Gussform, wie beispielsweise ein Schieberkern einer Gussform, welcher nach einem Gießen eines Gussteils aus diesem wieder herausgezogen werden muss, unterliegen einem bestimmten Verschleiß. Dieser wird bei einem Normalbetrieb der Vorrichtung für den Bediener meist erst sichtbar, wenn das entsprechende Gussformelement bricht oder sich verformt. Zudem ist es häufig schwierig, nachzuvollziehen, was dazu geführt haben könnte, dass ein Gussformelement eine im Vergleich zu einer technischen Nennspezifikation der Gussform verringerte Lebensdauer besitzt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gussform und ein zugehöriges Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei welchen der Verschleiß von solchen, sich bewegenden Elementen an einer Gussform überwacht werden kann.
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Die Aufgabe wird durch eine Gussform mit wenigstens einem sich zumindest abschnittweise linear bewegbaren Schieberkern und/oder Auswerfer gelöst, wobei an einem Umfang des Schieberkerns und/oder Auswerfers wenigstens ein Sensor zum Erfassen von Zug- und/oder Druckkräften bei einer zumindest abschnittweisen linearen Bewegung des Schieberkerns und/oder Auswerfers vorgesehen ist, und wobei der Schieberkern und/oder Auswerfer wenigstens in einem Messbereich des Schieberkerns und/oder Auswerfers, in welchem der Sensor an dem Schieberkern und/oder Auswerfer vorgesehen ist, einen verringerten Querschnitt aufweist.
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Die ermittelten Zug- und/oder Druckkräfte können als ein Indikator genutzt werden, um einen Zeitpunkt zu ermitteln, an welchem eine Verschleißgrenze des Gussformelementes erreicht ist und wann es ersetzt oder gewartet werden sollte. Die erfindungsgemäße Gussform hat den Vorteil, dass der jeweils aktuelle Verschleiß des Gussformelementes direkt an der Form ermittelt werden kann, ohne dass das Gussformelement selbst untersucht werden muss. Die Überwachung des Gussformelementes ist bei der erfindungsgemäßen Gussform selbst während eines Gießvorganges möglich.
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Entsprechend der Erfindung ist das Gussformelement ein Schieberkern und/oder ein Auswerfer der Gussform. Somit können Zug- und/oder Druckkräfte, die bei einem Herausziehen oder auch bei einem Hineinfahren eines Schieberkerns aus einem bzw. in ein Druckgussteil auftreten, verwendet werden, um den aktuellen Verschleiß des Schieberkerns zu ermitteln. Entsprechend können Zug- und/oder Druckkräfte, die bei einem Hineinfahren aber auch bei einem Herausziehen eines Auswerfers der Gussform auftreten, genutzt werden, um den Verschleiß des Auswerfers zu ermitteln.
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Gemäß der Erfindung ist der Sensor an einem Umfang des Gussformelementes angebracht. Durch das Anbringen des Sensors an dem Gussformelement kann eine Verformung oder Veränderung des Umfanges des Gussformelementes direkt von dem Sensor erfasst werden.
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Zudem weist das Gussformelement wenigstens in einem Messbereich des Gussformelementes, in welchem der Sensor an dem Gussformelement vorgesehen ist, einen verringerten Querschnitt auf. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass in dem Bereich des verringerten Querschnitts Verformungen an dem Gussformelement leichter detektierbar sind.
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Es ist besonders günstig, wenn der verringerte Querschnitt etwa 1/7 bis etwa 1/5 des Querschnittes des Gussformelementes außerhalb des Messbereiches entspricht. Bei einer solch starken Querschnittsverringerung verformt sich das Gussformelement bei Belastung besonders deutlich und ist dennoch ausreichend stabil.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn an einem Umfang des Gussformelementes eine Hülsenanordnung vorgesehen ist, die wenigstens den verringerten Querschnitt des Gussformelementes abdeckt. Die Hülsenanordnung verleiht dem Bereich des verringerten Querschnittes eine erhöhte Stabilität und kann zudem den Sensor vor Umgebungseinflüssen schützen.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor ein elektromechanischer Sensor. Ein elektromechanischer Sensor ist besonders gut geeignet, um Längen- oder Dickenänderungen an dem Gussformelement zu ermitteln, aus welchen, auf die an dem Gussformelement wirkenden Zug- und/oder Druckkräfte geschlossen werden kann.
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Gemäß günstigen Beispielen der Erfindung ist der Sensor ein Dehnungsmessstreifen oder ein Piezoelement. Dehnungsmessstreifen haben sich besonders gut bewährt, um an sich bewegenden Gussformelementen Verformungen mit ausreichend hoher Genauigkeit zu ermitteln. Piezoelemente zeigen ebenfalls eine hohe Messgenauigkeit für Längen- oder Dickenänderungen an einem Gussformelement, sind jedoch temperaturempfindlich.
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Beispielsweise kann der Sensor auf einem ebenen Bereich am Umfang des Gussformelementes aufgeklebt sein. Auf diese Weise kann der Sensor auf einfache Weise langzeitstabil an dem Gussformelement befestigt werden. In anderen Varianten der Erfindung kann der Sensor auch auf einer nicht ebenen Fläche aufgebracht sein, was zu qualitativ gleichwertigen Messergebnissen führt.
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Es ist ganz besonders vorteilhaft, wenn der Sensor mit einer Signalverarbeitungs- und -speichereinheit gekoppelt ist. Die Signalverarbeitungs- und -speichereinheit kann die von dem Sensor übermittelten Signale in die an dem Gussformelement wirkenden Zug- und/oder Druckkräfte umwandeln und die übermittelten und berechneten Werte speichern.
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Dabei weist vorzugsweise die Signalverarbeitungs- und -speichereinheit eine integrierte Software zur Analyse und zur zeitlichen Einordnung einer aktuellen Krafterfassung für eine Verschleißermittlung des Gussformelementes auf. Mit Hilfe der Software können beispielsweise ein Momentanwert der ermittelten Kraft, im Laufe des Betreibens der Gussform ermittelte Maximal- und Minimalwerte, Kraftrichtungen, jeweils letzte Werte der ermittelten Kräfte sowie ein aktueller Verschleiß ermittelt werden.
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In einer besonders günstigen Variante der Erfindung weist die Signalverarbeitungs- und -speichereinheit ein Modul zur Überwachung des Gussformelementes auf und ist mit einer Anzeigeeinheit gekoppelt. Mit Hilfe des Moduls kann der jeweilige Status des Gussformelementes ermittelt und mit der Anzeigeeinheit zur Anzeige gebracht werden. Somit ist es möglich, einen Bediener der Gussform sofort zu informieren, wenn das Gussformelement ersetzt oder gewartet werden muss.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiter durch ein Verfahren zum Überwachen des Verschleißes eines sich zumindest abschnittweise linear bewegenden Schieberkerns und/oder Auswerfers einer Gussform gelöst, wobei am Umfang des Schieberkerns und/oder Auswerfers wenigstens ein Sensor vorgesehen ist, der bei einer zumindest abschnittweisen linearen Bewegung des Schieberkerns und/oder Auswerfers durch Zug- und/oder Druckkräfte bei einem Herausziehen und/oder einem Hineinfahren des Schieberkerns und/oder des Auswerfers aus der bzw. in die Gussform verursachte Dimensionsänderungen an einem Messbereich mit verringerten Querschnitt des Schieberkern und/oder Auswerfers erfasst.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können die an dem Gussformelement ermittelten Zug- und/oder Druckkräfte als Indikatoren für die Ermittlung eines Zeitpunktes verwendet werden, an welchem eine Verschleißgrenze des Gussformelementes erreicht ist und dieses ersetzt oder gewartet werden sollte.
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Gemäß der Erfindung erfasst der Sensor Zug- und/oder Druckkräfte bei einem Herausziehen und/oder einem Hineinfahren eines Schieberkerns und/oder eines Auswerfers aus der bzw. in die Gussform. Bei den Arbeitsgängen des Herausziehens und/oder des Hineinfahrens des Schieberkerns und/oder des Auswerfers treten an dem Schieberkern bzw. an dem Auswerfer besonders hohe Kräfte auf, welche sich in einer Verformung des Schieberkerns und/oder des Auswerfers auswirken, welche mit dem Sensor auf einfache aber wirkungsvolle Weise erfasst werden kann.
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Entsprechend der Erfindung erfasst der Sensor durch Zug- und/oder Druckkräfte verursachte Dimensionsänderungen an einem Messbereich des Gussformelementes. Durch die Erfassung der Längenänderungen in dem Messbereich des Gussformelementes kann auf die in diesem Bereich auf das Gussformelement wirkenden Zug- und/oder Druckkräfte geschlossen werden.
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Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Sensor ein elektrisches Signal erzeugt, das von einer Signalverarbeitungs- und -speichereinheit verarbeitet und gespeichert wird. Somit können die von dem Sensor ermittelten elektrischen Signale in Zug- und/oder Druckkraftwerte umgewandelt und für eine weitere Verarbeitung gespeichert werden.
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Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vergleicht die Signalverarbeitungs- und -speichereinheit von dem Sensor erfasste Signale mit Schwellwerten und gibt bei Überschreibung bestimmter Schwellwerte an eine Anzeigeeinheit ein Signal zum Auslösen einer Anzeige oder eines Alarms ab. Auf diese Weise kann ein Bediener der Gussform sofort einen kritischen Zustand des Gussformelementes erfassen und zeitnah reagieren, um das Gussformelement zu warten oder auszutauschen.
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In einem ganz besonders günstigen Beispiel der Erfindung werden mittels einer in der Signalverarbeitungs- und -speichereinheit integrierten Software die erfassten Zug- und/oder Druckkräfte in eine Kraft-Zeit-Erfassung für das Gussformelement eingeordnet, Gradienten für die Kraftänderung bestimmt und diese mit Schwellwerten unter Nutzung von Zeitreihen verglichen, um daraus einen Verschleiß des Gussformelementes zu ermitteln. Auf diese Weise kann nicht nur der aktuelle Verschleiß des Gussformelementes ermittelt werden, sondern auch eine Prognose für die zu erwartende Lebensdauer des Gussformelementes abgegeben werden.
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Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung erläutert, wobei
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1 eine schematische Darstellung einer Gussform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Gussformelementes der in 1 dargestellten Gussform ist;
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3 eine schematische Darstellung des Aufbaus und der Funktionsweise einer in der vorliegenden Erfindung verwendeten Vollbrückenschaltung ist;
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4 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Messbereichs des in 2 dargestellten Gussformelementes ist;
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5 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Variante einer Signalverarbeitung bei der Gussform der vorliegenden Erfindung ist; und
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6 ein schematischer Ablaufplan von Schritten gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
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1 zeigt schematisch den Aufbau einer Gussform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die Gussform 1 weist in dem gezeigten Beispiel zwei Gussformhälften 25, 26 auf, welche relativ zueinander entsprechend der mit dem Pfeil A angedeuteten Bewegungsrichtung bewegbar sind und zwischen welchen ein in 1 nicht gezeigtes Werkstück ausgebildet wird. Hierfür wird nach einem Schließen der Gussformhälften 25, 26 über einen Anschnitt 27 Gussmaterial in die Gussform 1 eingebracht Um beispielsweise Aussparungen oder durch das zu gießende Werkstück hindurchgehende, nicht mit Gussmaterial verfüllte Bereiche am Werkstück vorsehen zu können, wird ein Gussformelement 2 in Form eines Schiebers bzw. eines Schieberkerns vor dem Einbringen des Gussmaterials in die Gussform 1 hineingefahren und nach dem Gussformprozess aus der Gussform 1 wieder herausgefahren.
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Anstelle des in 1 gezeigten Schieberkerns kann das Gussformelement 2 gemäß der vorliegenden Erfindung auch ein Auswerfer sein, der verwendet wird, um ein fertig geformtes Werkstück aus der Gussform 1 auszuwerfen, und welcher durch eine Wand einer Gussformhälfte 25, 26 in die Gussform 1 hinein- bzw. aus dieser herausfahrbar ist.
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Das Gussformelement 2 wird mit Hilfe eines Hydraulikzylinders 28 entsprechend der mit dem Pfeil B angedeuteten Bewegungsrichtungen entweder in die Druckform 1 hineingefahren oder aus der Druckform 1 herausbewegt. Bei einem Hineinfahren und/oder einem Herausfahren des Gussformelementes 2 in die bzw. aus der Gussform 1 treten starke Kräfte an dem Gussformelement 2 auf, welche bei einer zumindest abschnittweisen linearen Bewegung des Gussformelementes 2 zu einer zumindest zeitweisen Verformung des Gussformelementes 2 führen. Durch die wiederholte Beanspruchung des Gussformelementes 2 während des Hineinbewegens und/oder des Herausziehens des Gussformelementes 2 in die bzw. aus der Gussform 1 unterliegt das Gussformelement 2 einem Verschleiß.
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Das Gussformelement 2 hat allgemein einen Querschnitt 7 mit einer Dicke D und besitzt wenigstens in einem Messbereich 5 einen Bereich mit verringertem Querschnitt 6 bzw. einer Dicke d. Die Länge l des Bereichs mit dem verringerten Querschnitt 6 ist im Vergleich zur Gesamtlänge l des Gussformelementes 2 gering. Der verringerte Querschnitt 6 entspricht etwa 1/7 bis etwa 1/5 des Querschnittes 7 des Gussformelementes 2 außerhalb des Messbereiches 5.
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2 zeigt den Messbereich 5 und den Bereich des verringerten Querschnittes 6 des Gussformelementes 2 schematisch im größeren Detail. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist der Querschnitt 7 des Gussformelementes 2 in zwei Stufen reduziert.
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In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der Erfindung kann es auch ausreichend sein, nur eine oder mehr als zwei Stufen für die Querschnittsreduzierung zu verwenden.
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Am Umfang 4 des Gussformelementes 2 ist im Bereich des verringerten Querschnitts 6 ein Sensor 3 zum Erfassen von Zug- und/oder Druckkräften 17 bei einer zumindest abschnittweisen linearen Bewegung des Gussformelementes 2 vorgesehen. Der Sensor 3 ist in dem gezeigten Beispiel ein elektromechanischer Sensor in Form eines oder mehrerer Dehnungsmessstreifen 31, 32, 33, 34. Die verwendeten Dehnungsmessstreifen 31, 32, 33, 34 werden in Vollbrückenschaltung 29 betrieben, um Fehler durch außerhalb der Hauptkraftachse wirkende Kräfte sowie durch Temperaturschwankungen auszugleichen.
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3 enthält eine schematische Darstellung des Aufbaus und der Funktionsweise einer in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Vollbrückenschaltung 29. Die Vollbrückenschaltung 29 weist jeweils zwei in Längs- und Querrichtung auf einer Ober- und einer Unterseite des Bereichs 6 des verringerten Querschnitts des Gussformelementes 2 installierte Dehnungsmessstreifen 31, 32, 33, 34 auf, wobei die in Längsrichtung angeordneten Dehnungsmessstreifen in gegenüberliegenden Brückenzweigen liegen. Die in 3 wiedergegebene Vollbrückenschaltung 29 reagiert auf Längskräfte in dem Gussformelement 2. Damit ist sie geeignet, um die Längskraftbeanspruchung in dem Gussformelement 2 zu ermitteln.
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Die Vollbrückenschaltung 29 ist in sich voll temperaturkompensiert. Die quer zur Längsachse des Gussformelementes 2 geklebten Dehnungsmessstreifen 32, 34 nehmen die von der einachsigen Längsbeanspruchung erzeugte Querdehnung auf, die ein der Längsdehnung des Gussformelementes entgegengesetztes Vorzeichen besitzt. Die Vollbrückenschaltung 29 reagiert nicht auf Biegebeanspruchungen, da sich deren Auswirkungen innerhalb der in 3 rechts gezeigten Schaltung gegenseitig aufheben. Die Vollbrückenschaltung 29 ist unempfindlich gegen Verdrehung. Das Ausgangssignal UM/UB der Schaltung 29 entspricht der doppelten Summe der Betrage von Längsdehnung und Querdehnung des Gussformelementes 2.
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Durch die Verwendung der Vollbrückenschaltung 29 mit vier Dehnungsmessstreifen 31, 32, 33, 34 wird eine Kompensation des Temperaturfehlers erreicht, da sich eine Temperaturänderung auf alle vier Dehnungsmessstreifen 31, 32, 33, 34 auswirkt und somit keine temperaturbedingte Änderung des elektrischen Signals auftritt in anderen, nicht gezeigten Anwendungen der Erfindung kann der Sensor 3 auch ein Piezoelement sein.
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Der Sensor 3 ist, wie in dem in 4 gezeigten Beispiel der Erfindung dargestellt, auf einem ebenen Bereich 9 des Umfangs 4 des Gussformelementes 2 aufgeklebt. Auf den ebenen Bereich 9 lassen sich insbesondere die Dehnungsmessstreifen 31, 32, 33, 34 einfach aufbringen. Der Sensor 3 kann jedoch auch auf eine nicht ebene Fläche am Umfang 4 des Gussformelementes 2 in irgendeiner anderen geeigneten Art und Weise aufgebracht werden, was bei der Messung zu qualtitativ gleichwertigen Ergebnissen führt.
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Durch die Kräfte, welchen das Gussformelement 2 bei einem Hinein- und/oder Herausbewegen in die bzw. aus der Gussform 1 ausgesetzt ist, wird das Gussformelement 2 gestaucht oder gedehnt, was sich in einer Dimensionsänderung, wie einer Längenänderung Δl und/oder einer Dickenänderung Δd insbesondere im Bereich des verringerten Querschnitts 6 bemerkbar macht.
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Mit dem Sensor 3 wird die Dimensionsänderung des Gussformelementes 2 im Bereich des verringerten Querschnittes 6 erfasst, und ein Messsignal 13 wird über eine Signalleitung 23 an eine Signalverarbeitungs- und -speichereinheit 10 übertragen.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist um den Bereich des verringerten Querschnittes 6 des Gussformelementes 2 eine Hülsenanordrung 8 am Umfang 4 an einem nicht querschnittverringertem Bereich des Gussformelementes 2 angebracht. Die Hülsenanordnung 8 deckt den Bereich des verringerten Querschnittes 6 mit dem Messbereich 5 nach außen ab. Die Hülsenanordnung 8 verleiht dem Bereich mit verringertem Querschnitt 6 eine erhöhte Stabilität und stellt zudem einen Schutz des Sensors 3 vor äußeren Einflüssen zur Verfügung.
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Die Hülsenanordnung 8 ist in dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel aus Stahl ausgebildet, kann jedoch auch aus einem anderen Material hergestellt werden.
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Die Signalverarbeitungs- und -speichereinheit 10 ist gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in 5 näher erläutert.
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Die Signalverarbeitungs- und -speichereinheit 10 weist einen Speicher 18 auf, in welchem Istwerte, Zeitreihen und Schwellwerte gespeichert sind. Der Speicher 18 ist ausreichend groß, um Messreihen über einen längeren Zeitraum aufnehmen zu können. Die Signalerfassungs- und -speichereinheit 10 verfügt über eine Taktfrequenz von 32,768 kHz, welche als Basis zur Implementierung einer Zeitnormalen verwendet wird.
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Die Signalverarbeitungs- und -speichereinheit 10 weist zudem einen Softwareblock 22 zur Analyse und zur zeitlichen Einordnung einer aktuellen Krafterfassung durch den Sensor 3 für eine Verschleißermittlung des Gussformelementes 2 auf. In dem Softwareblock 22 sind die Zuordnung der Anzeigebereiche zu gemessenen Kräften sowie die verschiedenen Anzeigemodi implementiert und können für spezielle Applikationen angepasst werden.
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In dem Softwareblock 22 wird ein von dem Sensor 3 erfasstes elektrisches Messsignal 13 in eine Zug- und/oder Druckkraft 17 umgerechnet Die Zug- und/oder Druckkraft 17 wird unter Verwendung bereits vorher an der Gussform 1 erfasster Zug- und/oder Druckkräfte 17 verwendet, um Gradienten 24 zu ermitteln, welche mit Zeitreihen bzw. entsprechenden Schwellwerten in dem Speicher 18 verglichen werden. Auf diese Weise kann eine aktuell ermittelte Druck- und/oder Zugkraft 17 zeitlich eingeordnet werden.
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Von dem Softwareblock 22 können daraufhin an ein Modul 11 ein Momentanwert der Druck- und/oder Zugkraft 17, Maximal- und Minimalwerte für die Druck- und/oder Zugkraft 17, erfasste Kraftrichtungen bzw. eine Aussage, ob eine Zug- oder eine Druckkraft gemessen wurde, ein letzter Wert der Zugkraft bei einem Herausziehen bzw. ein letzter Wert der Druckkraft bei einem Hineinfahren des Gussformelementes 2 aus der bzw. in die Gussform 1, ein Minimalwert der Zugkraft bei einem Herausziehen bzw. ein Minimalwert der Druckkraft bei einem Hineinfahren des Gussformelementes 2 aus der bzw. in die Gussform 1 und/oder ein Maximalwert der Zugkraft bei einem Herausziehen bzw. ein Maximalwert der Druckkraft bei einem Hineinfahren des Gussformelementes 2 aus der bzw. in die Gussform 1 ermittelt werden.
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In dem Modul 11 wird über geeignete mathematische Verfahren unter Nutzung der in dem Softwareblock 22 durchgeführten Vergleiche der Istwerte mit Schwell- oder Sollwerten eine Charakteristik der Zugkraft bei einem Herausziehen bzw. der Druckkraft bei einem Hineinfahren des Gussformelementes 2 aus der bzw. in die Gussform 1 über die Lebensdauer ermittelt.
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Das Modul 11 dient der Überwachung des Gussformelementes 2 unter Verwendung der in dem Softwaremodul 22 ermittelten Werte. Das Modul 11 ist mit einer Anzeigeeinheit 12 gekoppelt. Auf diese Weise können sämtliche oder auch verschiedene ausgewählte Momentan-, Minimal- und/oder Maximalwerte zur Anzeige gebracht werden. Hierfür gibt das Modul 11 ein Anzeigesignal 15 an die Anzeigeeinheit 12 ab, auf welcher der gewünschte Wert angezeigt wird.
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Die erfindungsgemäße Gussform 1 und das zugehörige Überwachungsverfahren sind so ausgebildet, dass eine kontinuierliche Erfassung von Werten an dem Gussformelement 2 möglich ist. Die Anzeige 19, 21 der Anzeigeeinheit 12 ist jedoch ereignisgesteuert und steht mit dem jeweiligen Gießprozess in direktem Zusammenhang, so dass vorteilhafterweise dann von der Anzeigeeinheit 12 Werte angezeigt werden, wenn das Gussformelement 2 tatsächlich bewegt wurde. Die Anzeigeeinheit 12 weist in dem gezeigten Bespiel zur Darstellung der Zustände des Gussformelementes 2 und der erfassten Messdaten 17 eine numerische LED-Anzeige 19 sowie eine LED zur Anzeige der Stati des Gussformelementes 2 auf.
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Beispielsweise kann als Visualisierungshilfe für eine Anzeige einer an einem Schieber gemessenen Druck- oder Zugkraft 17 eine zweistellige Ziffernanzeige 19 mit zwei Dezimalpunkten sowie fünf zugehörigen Leuchtdioden dienen. Eine Leuchtdiode dient dabei zur Darstellung der Richtung der gemessenen Druck- oder Zugkraft 17. In Abhängigkeit von der gemessenen Kraft wird sie mit einem positiven oder negativen Vorzeichen dargestellt. Die übrigen vier LED's werden zur Anzeige des aktuellen Status des Gussformelementes 2 verwendet. Somit lassen sich maximal 16 verschiedene Anzeigen, wie zum Beispiel eine aktuelle gemessene Kraft, eine minimale oder eine maximale Kraft darstellen.
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Ein Umschalten zwischen den verschienen Anzeigemodi erfolgt zeitgesteuert bzw. ereignisgesteuert. Alle relevanten Daten werden zyklisch dargestellt.
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Gemäß einem Beispiel der Erfindung könnte in einem Ruhezustand, in welchem keine relevante Kraftänderung an der Gussform 1 ermittelt wird, alle zwei Sekunden zwischen verschiedenen statischen Anzeigemodi geschalten werben. Tritt plötzlich eine Kraft an dem Gussformelement 2 der Gussform 1 auf, so schaltet die Anzeigeeinheit 12 sofort auf eine Anzeige der aktuellen Kraft. Sollte ein externer Prozess als Ereignis benötigt werden, so steht ein digitaler Eingang an der Anzeigeeinheit 12 zur Verfügung, welcher entsprechend beschalten werden kann und als Ereignisquelle dienen kann. Auch das Überschreiten bestimmter Grenzwerte kann beispielsweise an der Anzeigeeinheit 12 durch ein Blinken einer oder mehrerer LED's dargestellt werden.
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Mit Hilfe der beiden Dezimalpunkte sind in dem gezeigten Beispiel maximal vier verschiedene Anzeigebereiche mit einer Auflösung von –99 ... +99 darstellbar. Eine mögliche Darstellungsform wäre beispielsweise:
–xx000 ... +xx000 → Anzeige: x x (keine Dezimalpunkte)
–0xx00 ... +0xx00 → Anzeige: x.x (Dezimalpunkt an 10erstelle)
–00xx0 ... +00xx0 → Anzeige: x x. (Dezimalpunkt an 1erstelle)
–000xx ... +000xx → Anzeige: x.x. (beide Dezimalpunkte werden angezeigt).
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Wenn bestimmte Werte der Druck- und/oder Zugkraft 17 oder eines Gradienten 24 der Druck- und/oder Zugkraft 17 überschritten werden, wird von dem Modul 11 automatisch ein Alarmereignis ausgelöst. Das Modul 11 gibt ein Anzeigesignal 15 an die Anzeigeeinheit 12 im Alarmfall ab, wodurch bei der Anzeigeeinheit 12 das Alarmsignal 21 optisch und/oder akustisch zur Anzeige gebracht wird.
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6 zeigt schematisch einen Ablauf von Schritten gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Programmablaufes eines an einem Schieberkern der Gussform 1 vorgesehenen Sensors 3.
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Gemäß Schritt 101 wird der Sensor 3 und die Signalerfassungs- und -speichereinheit 10 initialisiert. Im Schritt 102 wird ein mit Hilfe einer DMS-Messbrücke 3 ermittelter Digitalwert einer Dimensionsänderung an dem Bereich des verringerten Querschnittes 6 des Schieberkerns des Schiebers durch einen AD-Wandler abgefragt.
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Entsprechend Schritt 103 wird der Digitalwert in eine Zug- oder Druckkraft 17 an dem Schieberkern umgerechnet.
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In dem Schritt 104 erfolgt eine Abfrage, ob aktuell eine Kraft auf den Schieberkern wirkt. Wirkt eine Kraft auf den Schieberkern, wird gemäß Schritt 105 die Anzeige 12 aktualisiert, wobei ein Mittelwert, ein Minimum, ein Maximum und/oder eine Richtung der gemessenen Kraft angezeigt werden kann. Die in der Anzeigeeinheit 12 vorgesehenen Dezimalpunkte dienen zum Umschalten zwischen verschiedenen Kraftbereichen.
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Wird im Schritt 104 keine Kraftwirkung auf den Schieberkern ermittelt, wird gemäß Schritt 106 eine aktuelle Kraft mit entsprechenden Vorzeichen angezeigt.
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Im Schritt 107 wird geprüft, ob die aktuelle Kraft einen festgelegten Schwellwert oder Sollwert überschreitet. Wird der Schwellwert oder Sollwert 14 überschritten, wird dieser Wert im Schritt 108 gespeichert. Hierbei werden Maxima, Minima und/oder Mittelwerte der Zug- und Druckbelastung sowie alle Zug- und Druckkräfte, welche einen bestimmten Schwellwert 14 überschreiten, protokolliert und in dem Speicher 18 gemäß Schritt 109 aktualisiert.
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Im Hinblick auf Schrift 110 wird geprüft, ob die aktuelle Zug- oder Druckbelastung einen kritischen Bereich überschritten hat. Ist der kritische Bereich überschritten, wird im Schritt 111 ein Alarmzustand bei der Anzeigeeinheit 12 mit Hilfe der LED's signalisiert. Wird kein kritischer Wert festgestellt, wird die Messung bei Schritt 102 fortgesetzt.
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Der aktuelle Anzeigezustand, das heißt bisher aufgetretene Maxima, Minima und/ein Mittelwert, wird mit Hilfe einer Zeitunterbrechung, welche alle zwei Sekunden auftritt, ständig durchgeschalten und mit den vier LED's maskiert. Befindet sich der Schieber in einem Ruhezustand, wird je nach aktuellem Anzeigezustand der Anzelgeeinheit 12 ein entsprechender statistischer Wert für die Druck- und/oder Zugkraft 17 angezeigt. Tritt eine Kraftänderung auf, so schaltet die Anzeige 19 der Anzeigeeinheit 12 um und zeigt diese aktuell anliegende Kraft 17 an.
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Da insbesondere gemessene Zug- und/oder Druckkräfte 17, welche oberhalb bestimmter Schwellwerte 14 liegen, aussagekräftige Rückschlüsse auf den Zustand des Schiebers erlauben, werden insbesondere Prüfungen zum Überschreiten dieser Schwellwerte 14 in der Signalerfassungs- und -speichereinheit 10 durchgeführt und die entsprechenden Werte in dem Speicher 18 gespeichert. Anhand der gespeicherten Werte wird der Zustand des Schiebers beurteilt. Sollte ein Kritischer Bereich überschritten worden sein, wird dies durch ein akustisches und/oder optisches Alarmsignal 21, wie ein Blinken der LED's auf der Anzeigeeinheit 12, signalisiert.
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Für die Kraft-Zeit-Erfassung an dem Gussformelement 2 der Gussform 1 ist es besonders günstig, Gradienten 24 für die Kraftänderung der Druck- bzw. Zugkraft 17 zu bestimmen und diese mit Schwellwerten 14 unter Nutzung von Zeitreihen zu vergleichen, um daraus einen Verschleiß des Gussformelementes 2 zu ermitteln.
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Die oben beschriebene Gussform und das zugehörige Verfahren zum Überwachen der Gussform ist für verschiedenste Anwendungsfälle geeignet. Beispielsweise kann die Gussform 1 für ein Gießen von Werkstücken aus Aluminium oder anderen gießbaren Leichtmetallen, Kunststoff, Gläsern oder mineralischen Werkstoffen genutzt werden.
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Auch wenn die vorliegende Erfindung oben beispielsweise anhand von Gussformelementen 2, wie einem Schieberkern oder einem Auswerfer an einer Gussform 1 beschrieben wurde, ist sie für jegliche Anwendungen geeignet, bei welchen sich Elemente 2 der Gussform 1 zumindest abschnittweise linear an bzw. in der Gussform 1 bewegen.
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Vorzugsweise ist die in den 1, 2 und 5 dargestellte Elektronik, welche die Signalverarbeitungs- und -speichereinheit 10 umfasst, verkapselt, so dass sie vor äußeren Bedingungen geschützt ist und nicht durch Dritte modifiziert werden kann. Die in der Signalverarbeitungs- und -speichereinheit 10 erfassten Werte können beispielsweise von einer autorisierten Person mittels einer seriellen Schnittstelle (nicht gezeigt) aus dem Speicher 18 der Signalverarbeitungs- und -speichereinheit 10 ausgelesen werden.
