DE102015004029A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Feuchtigkeit in Druckgiessformen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Feuchtigkeit in Druckgiessformen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zur Messung der Feuchtigkeit in Druckgiessformen (24), deren Formhohlraum (25) über eine Entlüftungsleitung (31) mit einer Entlüftungsvorrichtung (28) verbunden ist. Die modular aufgebaute Vorrichtung (1) ist mit der Entlüftungsleitung (31) verbindbar und umfasst eine Sensoranordnung, mittels welcher die Feuchtigkeit von aus dem Formhohlraum (25) abgesaugten Gasen messbar ist. Die Sensoranordnung weist einen elektromagnetische Strahlung emittierenden Sender und einen elektromagnetische Strahlung erfassenden Empfänger auf. Aufgrund der während des Evakuiervorgangs ermittelten Messwerte kann bestimmt werden, ob die Menge eines Wasser-Trennmittel-Gemischs, welches vor dem eigentlichen Giessvorgang in den Formhohlraum (25) eingespritzt wird, verändert werden soll.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit in Druckgiessformen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Messen der Feuchtigkeit in Druckgiessformen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 18.
  • Um beim Druckgiessen das fertige Gussteil nach dem Erstarren aus der Giessform entfernen zu können, wird der Formhohlraum (Kavität) der Giessform mit einem Trennmittel eingesprüht. Solche Trennmittel sind vorzugsweise wassermischbar und werden im Verhältnis bis 1:100 mit Wasser gemischt, bevor sie aufgesprüht werden. Wenn das mit Wasser gemischte Trennmittel in die heisse Form gesprüht wird, verdampft im Idealfall sämtliches Wasser und hinterlässt einen dünnen Trennstoff-Film, der die Entformung des Giessteils ermöglicht und das Kleben des Metalls an der Form verhindert. Das Wasser kann neben der Funktion als Träger für das Trennmittel die weitere Funktion haben, die Giessform zu kühlen. Eine Problematik bei der Verwendung eines mit Wasser gemischten Trennmittels besteht somit darin, dass einerseits genug Wasser verwendet werden muss, damit ein vollständiges Einsprühen der Wände der Kavität und ggf. ein genügendes Abkühlen der Form sichergestellt werden kann. Andererseits sollte die Wassermenge nicht zu gross sein, da ansonsten die Gefahr besteht, dass das Wasser nicht vollständig verdampft und es bei dem nachfolgenden Giessvorgang zu Wasser- oder Wasserdampf-Einschlüssen im fertigen Giessteil kommt, was natürlich unerwünscht ist und zu Qualitätseinbussen des fertigen Giessteils führt. Aus diesem Grund wäre es wünschenswert, wenn eine Aussage darüber gemacht werden könnte, ob das Wasser mehr oder weniger vollständig verdampft ist oder ob sich ggf. Restwasser in der Giessform befindet.
  • Eine naheliegende Variante zum Messen der Feuchtigkeit in Druckgiessformen würde darin bestehen, innerhalb der Druckgiessform einen oder mehrere Sensoren anzuordnen, mittels denen die Feuchtigkeit gemessen werden kann. Da jedoch die Druckgiessform, je nach zu giessendem Metall, zwischen einigen hundert und bis zu über tausend Grad heiss werden kann, scheidet eine solche Lösung praktisch aus, da es kaum Sensoren gibt, die unter diesen Bedingungen über einen langen Zeitraum genaue Messergebnisse liefern können, zumal das flüssige Metall den Sensor auch noch beschädigen und/oder verschmutzen könnte.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Messen der Feuchtigkeit in Druckgiessformen zu schaffen, mittels welcher auf einfache Weise eine zuverlässige Aussage über die nach dem Aufsprühen des Wasser-Trennmittel-Gemischs in der Form verbleibende Wassermenge gemacht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit einer gemäss dem Anspruch 1 ausgebildeten Vorrichtung gelöst.
  • Indem die Vorrichtung mit der Entlüftungsleitung verbindbar ist und eine Sensoranordnung umfasst, mittels welcher die Feuchtigkeit in den aus dem Formhohlraum abgesaugten Gasen messbar ist, kann die Messung entfernt von der rauen und heissen Umgebung der Druckgiessmaschine bzw. der Druckgiessform durchgeführt werden. Eine derartige Vorrichtung kann schnell und einfach in eine neue wie auch in eine bestehende Entlüftungsleitung eingebaut werden.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 17 umschrieben.
  • So ist bei einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die Sensoranordnung zumindest einen elektromagnetische Strahlung emittierenden Sender und zumindest einen elektromagnetische Strahlung erfassenden Empfänger umfasst und die Vorrichtung mit einem Kanal zum Durchleiten der abgesaugten Gase versehen ist, wobei der Kanal zwischen dem Sender und dem Empfänger hindurch verläuft. Diese Ausbildung ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau der Vorrichtung.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung emittiert der Sender elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 600 nm und 1400 nm, vorzugsweise zwischen 900 nm und 990 nm, besonders bevorzugt zwischen 930 nm und 950 nm. Indem der Wellenlängenbereich an die spezifischen Anforderungen angepasst wird, namentlich das Erfassen des Wasseranteils in dem durchströmenden Gas, können ungewollte Störeinflüsse weitgehend eliminiert werden.
  • Vorzugsweise wird der vom Empfänger erfasste Wellenlängenbereich durch Vorschalten eines Bandpassfilters begrenzt. Dies ist eine kostengünstige Massnahme zur Selektion eines Wellenlängenbereichs.
  • Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist der Sender zumindest drei elektromagnetische Strahlung emittierende LED's und der Empfänger eine korrespondierende Anzahl elektromagnetische Strahlung erfassende LED's auf. Dadurch kann ein grösserer Bereich erfasst und der Ausfall von einer Sender-LED und/oder einer Empfänger-LED ggf. kompensiert werden.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die LED's des Senders elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 940 nm +/– 5 nm emittieren und die LED's des Empfängers mit einem integrierten Bandpassfilter versehen sind, welches elektromagnetische Strahlung im Bereich zwischen 935 nm und 945 nm passieren lässt. Dieser Wellenlängenbereich hat sich zum Erfassen der in dem durchströmenden Gas vorhandenen Feuchtigkeit besonders bewährt.
  • Vorzugsweise ist den LED's des Senders eine Lochscheibe nachgeschaltet und/oder den LED's des Empfängers eine Lochscheibe vorgeschaltet. Eine Lochscheibe ist eine besonders einfache und günstige Massnahme, um Interferenzen zwischen den von den einzelnen LED's emittierten Strahlungen – Signalen – zu Verhindern.
  • Sofern mehrere LED's vorgesehen sind, sind diese vorzugsweise über den Querschnitt des Kanals verteilt angeordnet. Dadurch wird die in dem durchströmenden Gas vorhandene Feuchtigkeit nicht nur punktuell oder streifenförmig erfasst.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung wird der Sender und/oder der Empfänger hinter einer Glasscheibe angeordnet, welche die vom jeweiligen Sender emittierte Strahlung weitgehend passieren lässt. Eine solche Glasscheibe stellt einen wirksamen Schutz gegen ungewollte äussere Einflüsse und Beschädigungen dar, ohne jedoch das Messergebnis negativ zu beeinflussen.
  • Bei einer alternativen Weiterbildung wird die Glasscheibe mit einem Bandpassfilter versehen ist, welches elektromagnetische Strahlung innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs passieren lässt. Auch dies ist eine Möglichkeit, den emittierten oder erfassten Wellenlängenbereichs selektiv zu begrenzen.
  • Vorzugsweise ist vor der jeweiligen Glasscheibe eine mit zumindest einer Austrittsöffnung versehene Reinigungsdüse derart angeordnet, dass über die Austrittsöffnung(en) ein unter Überdruck stehendes Reinigungsmedium in Richtung der jeweiligen Glasscheibe austreten kann. Dadurch wir ein einfaches Reinigen der jeweiligen Glasscheibe ermöglicht.
  • Indem die Vorrichtung als modulare Baueinheit ausgebildet ist, kann sie problemlos in neue oder bestehende Entlüftungsleitungen eingebaut werden.
  • Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung ein Gehäuse aufweist, das mit einem Eingangs-Flansch, einem Ausgangs-Flansch und einem von dem Eingangs-Flansch durch das Gehäuse zu dem Ausgangs-Flansch führenden Kanal versehen ist, wobei auf der einen Seite des Kanals der Sender und diametral gegenüberliegend der Empfänger angeordnet ist. Eine derartige Vorrichtung kann besonders einfach in eine Entlüftungsleitung eingebaut werden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung zumindest einen lösbar in das Gehäuse eingesetzten Einschub auf, auf dem der Sender und/oder Empfänger und/oder die Glasscheibe(n) angeordnet ist/sind. Diese Ausbildung ermöglicht eine einfache Reinigung der Glasscheibe oder einen einfachen Austausch der Glasscheibe bzw. des Senders und/oder Empfängers.
  • Bevorzugt ist die Vorrichtung mit einer Schnittstelle versehen ist, über welche die Sensoranordnung elektrisch gespeist wird und/oder die gemessenen Daten übertragbar sind. Dies ermöglicht ein schnelles Integrieren in die Druckgiessmaschine bzw. das Anschliessen an deren Steuereinrichtung.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Messung der Feuchtigkeit in Druckgiessformen mittels einer gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Vorrichtung vorzuschlagen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäss dem Anspruch 18 gelöst.
  • Indem der Formhohlraum der Druckgiessform über eine Entlüftungsleitung zwangsweise evakuiert wird und während des Evakuierens der Wassergehalt des durch die Entlüftungsleitung strömenden Gases mittels der Vorrichtung gemessen wird, kann während eines normalen Giesszyklus die Luftfeuchtigkeit in der jeweiligen Druckgiessform ermittelt werden, ohne dass sich der Giesszyklus verlängern würde.
  • Bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 19 bis 21 definiert.
  • So wird bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens während des Evakuiervorgangs ein Messzyklus mit einer Vielzahl an einzelnen Messungen durchgeführt und aus den Messungen ein Mittelwert gebildet wird. Dies hat den Vorteil, dass der Einfluss von Unregelmässigkeiten, wie beispielsweise einzelne Feststoffpartikel, welche von den abgesaugten Gasen mitgerissen werden, das Messergebnis nicht nachhaltig verfälschen oder beeinflussen,
  • Vorzugsweise wird vor jedem Messzyklus ein Nullabgleich der Sensoranordnung durchgeführt. Dadurch können Fehlerquellen, wie beispielsweise durch Temperaturveränderungen bewirkte Messungenauigkeiten oder verschmutzte Glasscheiben, weitgehend ausgeschaltet werden.
  • Schliesslich ist im Anspruch 22 ein Verfahren zum Ermitteln oder Verändern der Menge eines in den Formhohlraum einer Druckgiessform einzusprühenden Wasser-Trennmittel-Gemischs mittels einer gemäss einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildeten Vorrichtung beansprucht. Dabei wird der Formhohlraum der Druckgiessform über eine Entlüftungsleitung zwangsweise evakuiert und während des Evakuierens der Wassergehalt des durch die Entlüftungsleitung strömenden Gases mittels der Vorrichtung gemessen oder ermittelt, wobei aufgrund der gemessenen oder ermittelten Werte die absolute Menge des aufzubringenden Wasser-Trennmittel-Gemischs für nachfolgende Sprühvorgänge bestimmt wird und/oder ein Korrekturfaktor zur Veränderung der Menge des einzuspritzenden Wasser-Trennmittel-Gemischs ermittelt wird.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung anhand von Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen zeigt:
  • 1 einen Schnitt durch die schematisch dargestellte Vorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit in Druckgiessformen;
  • 2 die schematisch dargestellte Vorrichtung zusammen mit Komponenten einer Druckgiessmaschine;
  • 3 einen Schnitt durch eine alternative Ausbildung einer wiederum schematisch dargestellten Vorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit in Druckgiessformen.
  • Anhand der 1, welche schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Messung der Feuchtigkeit in Druckgiessformen, deren Formhohlraum über eine Entlüftungsleitung mit einer Entlüftungsvorrichtung verbunden ist, zeigt, wird der Aufbau der Vorrichtung näher erläutert.
  • Die Vorrichtung 1 ist ein modular aufgebautes Bauelement und besitzt ein Gehäuse 2, das mit einem Eingangs-Flansch 3 und einem Ausgangs-Flansch 4 versehen ist.
  • Von dem Eingangs-Flansch 3 führt ein Kanal 5 zentral durch das Gehäuse 2 zu dem Ausgangs-Flansch 4. Mittels den beiden Flanschen 3, 4 kann die Vorrichtung in eine Entlüftungsleitung eingebaut bzw. mit dieser verbunden werden. Dazu kann der jeweilige Flansch 3, 4 mit einem mechanischen Verbindungsmittel wie beispielsweise einem Aussengewinde, einem Bajonettverschluss oder dergleichen versehen sein. Alternativ könnte auch zylindrische Mantelfläche vorgesehen werden, an welcher die Entlüftungsleitung – Schlauch – mittels einer Rohrschelle, einer Bride oder dergleichen fixiert werden kann.
  • Im Gehäuse 2 ist eine gesamthaft mit S bezeichnete Sensoranordnung aufgenommen, mittels welcher die Feuchtigkeit eines durch den Kanal 5 strömenden Gases – Luft – erfasst werden kann. Die Sensoranordnung S ist auf einem Einschubmodul 6 angeordnet und umfasst einen auf der einen Seite des Kanals 5 angeordneten Sender 7 und einen diametral gegenüberliegenden Empfänger 14. Als Sender 7 kommt vorzugsweise ein sogenanntes LED-Array zum Einsatz, welches aus einer Vielzahl von in SMD-Technik auf einem Print 8 angeordneten, elektromagnetische Strahlung emittierenden LED's 9 besteht. Auch als Empfänger 14 kommt vorzugsweise ein LED-Array mit einem Print 15 und einer Vielzahl von in SMD-Technik darauf angeordneten, elektromagnetische Strahlung erfassenden LED's 16 zum Einsatz. Von dem jeweiligen Array führen Anschlussleitungen 12, 19 nach aussen aus dem Gehäuse 2, wobei die Leitungen 12, 19 vorzugsweise in einen Stecker oder eine Schnittstelle (beides nicht dargestellt) münden. Vor jedem Array ist eine als Schutz dienende Glasscheibe 10, 17 angeordnet. Vor jeder Glasscheibe 10, 17 ist zudem eine Reinigungsdüse 11, 18 angeordnet, mittels welcher die jeweilige Glasscheibe 10, 17 durch Anblasen eines Reinigungsmediums, beispielsweise Luft, gereinigt werden kann, wie dies durch Pfeile angedeutet ist. Wenn im Zusammenhang mit dem Empfänger 14 jeweils von elektromagnetische Strahlung erfassenden LED's 16 gesprochen wird, so sind darunter insbesondere Photodioden zu verstehen. Vorzugsweise sind die LED's 9, 16 über den Querschnitt des Kanals 5 verteilt angeordnet.
  • Die vom Sender 7 in Richtung des Empfängers 14 emittierte Strahlung muss den Kanal 5 durchqueren, was ebenfalls durch Pfeile angedeutet ist. Wird ein Medium durch den Kanal 5 geleitet, so kann dieses eine Abschwächung der an dem Empfänger 14 ankommenden Strahlung bewirken. Da mit der hier zur Rede stehenden Vorrichtung 1 insbesondere der Wassergehalt in einem durchströmendem Medium erfasst werden soll, gleichzeitig jedoch der Einfluss von möglichen Fehlerquellen wie beispielsweise Fremdgasen, Rauch etc. möglichst gering gehalten werden soll, wird vorzugsweise in einem bestimmten Wellenlängenbereich gemessen. Aufgrund der derzeit gewonnenen Erkenntnisse wird bevorzugt in einem Infrarot-Wellenlängenbereich von ca. 900 bis 990 nm, besonders bevorzugt in einem Bereich von ca. 930 bis 950 nm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 940 +/– 5 nm gemessen. Zur Begrenzung des Wellenlängenbereichs kann entweder nach dem Sender 7, vor dem Empfänger 14 oder nach dem Sender 7 und vor dem Empfänger 14 ein Bandpassfilter angeordnet werden. Natürlich können auch Sender 7 und/oder Empfänger 14 mit integrierten Bandpassfiltern eingesetzt werden. Eine andere Variante besteht darin, die eine und/oder die andere Glasscheibe 10, 17 mit einem Bandpassfilter zu versehen bzw. als Bandpassfilter auszugestalten.
  • Grundsätzlich wäre es auch möglich, die Messung in einem Wellenlängenbereich zwischen 600 nm und 1400 nm durchzuführen, wobei innerhalb dieses Bereichs eine bestimmte Bandbreite ausgewählt werden kann.
  • Anhand der 2, welche die Vorrichtung 1 zusammen mit einigen Komponenten einer Druckgiessmaschine in stark vereinfachter Form zeigt, wird nachfolgend erläutert, wie mit der Vorrichtung die Feuchtigkeit in Druckgiessformen ermittelt werden kann. Als Komponenten der Druckgiessmaschine sind eine Giesskammer 22, eine Druckgiessform 24, ein Sprühkopf 26, ein Entlüftungsventil 27, eine Entlüftungsvorrichtung 28, eine Steuereinrichtung 29 sowie eine Entlüftungsleitung 31 eingezeichnet.
  • Da die genannten Komponenten 22, 24, 26, 27, 28, 29, 31 der Druckgiessmaschine grundsätzlich bekannt sind, wird darauf nur kurz oder im Zusammenhang mit der erfindungsgemäss ausgebildeten Vorrichtung eingegangen.
  • Die Giesskammer 22 ist mit einem Giesskolben 23 versehen, mittels welchem das flüssige Giessmaterial – Metall – in den Formhohlraum 25 der Druckgiessform 24 befördert wird. Der Formhohlraum 25 mündet auslassseitig über einen Entlüftungskanal 30 in das Entlüftungsventil 27, welches seinerseits über die Entlüftungsleitung 31 mit der Entlüftungsvorrichtung in Form eines Vakuumtanks 28 verbunden ist. Das Entlüftungsventil 27 soll verhindern, dass flüssiges Giessmaterial aus dem Formhohlraum 25 in die Umgebung oder in die Entlüftungsleitung 31 eindringen kann. Zwischen dem Entlüftungsventil 27 und dem Vakuumtank 28 ist in der Entlüftungsleitung 31 die Vorrichtung 1 zur Messung der Feuchtigkeit in der Druckgiessform 24 angeordnet. Der Sprühkopf 26 dient dem Aufsprühen eines Trennmittels, damit das fertige Gussteil nach dem Erstarren aus der Giessform 24 entfernen werden kann. Das aufzutragende Trennmittel ist vorzugsweise etwa im Verhältnis 1:100 mit Wasser gemischt und wird bei geöffneter Druckgiessform 24 in den Formhohlraum 25 der heissen Druckgiessform eingespritzt, so dass nach dem Verdampfen des Wassers ein dünner Trennstoff-Film auf den Wandungen des Formhohlraums 25 zurückbleibt. Dieser Trennstoff-Film ermöglicht die Entformung des Giessteils und verhindert das Kleben des Metalls an der Form bzw. den Wänden des Formhohlraums 25. Die Steuereinrichtung 29 ist elektrisch mit der Vorrichtung 1 sowie den Komponenten 23, 24, 26, 27, 28 verbunden, was mittels gestrichelten Linien angedeutet ist.
  • Ein Messzyklus zur Ermittlung der Feuchtigkeit in der Druckgiessform 24 läuft in etwa folgendermassen ab. Bei geöffneter Druckgiessform 24 wird mittels des Sprühkopfs 26 das Wasser-Trennmittel-Gemisch in den Formhohlraum 25 eingespritzt. Neben anderen Parametern bestimmt insbesondere die Temperatur der Druckgiessform und die Menge an eingespritzem Wasser-Trennmittel-Gemisch, ob sämtliches Wasser verdampft oder nur ein Teil davon. Nach dem Aufspritzen des Gemischs wird die Druckgiessform 24 geschlossen. Bevor der eigentliche Messzyklus beginnt, wird ein sogenannter Nullabgleich der Sensoranordnung S der Vorrichtung 1 durchgeführt, damit beispielsweise eine allfällige Verschmutzung der Glasscheiben nicht in das Messergebnis einfliesst. Danach wird der Formhohlraum 25 evakuiert, indem mittels des Vakuumtanks 28 über die Entlüftungsleitung 31 und das geöffnete Entlüftungsventil 27 Gase aus dem Formhohlraum 25 und den damit verbundenen Kanälen und Leitungen 30, 31 abgesaugt werden. Mit dem Beginn des Absaugvorgangs wird dann der eigentliche Messzyklus gestartet, indem entweder kontinuierlich gemessen oder eine Vielzahl von einzelnen Messungen durchgeführt wird. Dabei wird gemessen, wie gross die Abschwächung des emittierten Signals ist bzw. wie stark das von dem Empfänger erfasste Signal ist. Aufgrund der Abschwächung bzw. der Höhe des empfangene Signals kann dann ein Rückschluss auf den Anteil an Wasserpartikeln und/oder Dampf in dem durchströmenden Gas (Luft) gezogen werden. Um den Einfluss von möglichen Fehlerquellen wie beispielsweise Fremdgasen, Rauch etc. möglichst gering zu halten, wird besonders bevorzugt in dem vorgängig erwähnten Infrarot-Wellenlängenbereich zwischen 930 und 950 nm (Nanometer) gemessen.
  • Vorzugsweise besteht ein Messzyklus aus einer Vielzahl von Einzelmessungen. Aufgrund der Messwerte wie auch des Verlaufs können Rückschlüsse in Bezug auf die Feuchtigkeit in der Giessform gewonnen werden. Ein Messzyklus kann aber auch aus einer Vielzahl von Einzelmessungen bestehen, beispielsweise aus 1000 Einzelmessungen, wobei aus einer bestimmten Anzahl an Einzelmessungen, beispielsweise aus 10 Einzelmessungen, der Mittelwert errechnet und dieser dann als Messgrösse berücksichtigt wird, so dass letztlich 100 Messpunkte Berücksichtigung finden würden. Dadurch kann beispielsweise der Einfluss von einzelnen bzw. grösseren Festpartikeln, welche sich in dem durchströmenden Gas befinden, minimiert werden.
  • Je nach Messergebnis kann für nachfolgende Giessvorgänge die Menge des aufzuspritzenden Wasser-Trennmittel-Gemischs verändert werden. Bei zu hohem Wasseranteil wird die Menge des aufzuspritzenden Wasser-Trennmittel-Gemischs verringert, wobei ggf. auch der Absaugvorgang verlängert werden könnte.
  • Üblicherweise wird am Anfang eines Giesszyklus, bei dem beispielsweise einige tausend Teile gegossen werden sollen, vor jedem Giessvorgang ein Messzyklus durchgeführt und ggf. die Menge des aufzuspritzenden Wasser-Trennmittel-Gemischs verändert, und zwar so lange, bis sich die massgebenden Parameter wie insbesondere die Temperatur der Form und die Feuchtigkeit des Formhohlraums auf ein vorgegebenes Mass eingependelt haben, wobei natürlich sichergestellt werden muss, dass nach dem Verdampfen des Wassers ein durchgehender Trennmittelfilm zurückbleibt. Danach kann dann in vorgegebenen Intervallen, beispielsweise jede Stunde oder nach jedem zehnten Giessvorgang, ein Messzyklus durchgeführt und aufgrund der gemessenen oder ermittelten Messwerte ggf. Parameter verändert werden. Natürlich kann auch die innerhalb der Giessform bzw. des Formhohlraums lokal aufzubringende Menge des Gemischs verändert werden. Je nach Messergebnis können ggf. auch Veränderungen an der Form selber vorgenommen werden, indem beispielsweise am Ende eines Asts des Formhohlraums oder hinter einem Schieber eine Bohrung zum Evakuieren des Wassers angebracht wird.
  • Das Ende des Absaugvorgangs ist zumeist auch der Beginn des eigentlichen Giessvorgangs, indem nach dem Evakuieren des Formhohlraums das flüssige Metall mittels des Giesskolbens in den Formhohlraum befördert wird. Sollte jedoch während eines Messzyklus festgestellt werden, dass der Wasseranteil zu hoch ist, d. h. oberhalb eines vorgegebenen Maximalwerts liegt, kann ggf. ein Alarm ausgegeben und/oder der Giessvorgang gestoppt werden.
  • Aufgrund des Messwertverlaufs kann ggf. auch eine Aussage gemacht werden, in welchem Teil bzw. welchen Abschnitten des Formhohlraums sich allenfalls Wasser angesammelt hat. Steigt beispielsweise der Wassergehalt zum Ende des Absaugvorgangs hin an, so deutet dies darauf hin, dass in kleineren bzw. engeren oder längeren „Ästen” des Formhohlraums zu viel Wasser vorhanden ist. Diese Erkenntnis kann ggf. verwendet werden, um die einzusprühende Menge des Wasser-Trennmittel-Gemischs nur punktuell bzw. in bestimmten Bereichen anzupassen.
  • Vorzugsweise wird vor jeder Messung eine Reinigung der beiden Glasscheiben mittels der Reinigungsdüsen bzw. eines daraus ausströmenden Reinigungsmediums durchgeführt. Sollte bei dem vorzugsweise vor jedem Messzyklus durchzuführenden Nullabgleich festgestellt werden, dass die Glasscheiben stark bzw. zu stark verschmutzt sind, so kann beispielsweise über die Steuereinrichtung ein Signal generiert werden, welches eine zusätzliche Reinigung der Glasscheiben oder einen Austausch derselben signalisiert. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung 1 so aufgebaut ist, dass die Glasscheiben gut zugänglich sind.
  • Die 3 zeigt einen Schnitt durch eine alternative Ausbildung der Vorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit in Druckgiessformen, wobei insbesondere nur noch auf die Unterschiede zu der Ausbildung gemäss 1 eingegangen wird, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Vorrichtung 1 ist einlassseitig mit einem austauschbaren Filter 39 versehen, der insbesondere größere Festpartikel in dem durchströmenden Gas zurückhalten soll. Der Filter 39 ist vorzugsweise austauschbar an der Vorrichtung 1 angeordnet. Zudem ist zwischen dem Sender 7 und der Glasscheibe 10 eine Lochscheibe 33 angeordnet. Die Lochscheibe 33 ist derart ausgebildet, dass das von den LED's 9 des Senders 7 emittierte Licht über Öffnungen – Löcher – in Richtung der jeweils zugeordneten Empfänger-LED 16 gelangen kann. Die Größe der Öffnungen ist den Anforderungen derart angepasst, dass Streulicht, also Licht, welches nicht unter einem bestimmten Winkel abgestrahlt wird, von der Lochscheibe 33 zurückgehalten wird. Vor dem Empfänger 14 ist eine weitere Lochscheibe 34 angeordnet, deren Öffnungen Licht, das außerhalb einer vorbestimmten Fläche – Öffnung – auf die Lochscheibe 34 auftrifft, nicht in Richtung des Empfängers 14 passieren lässt. Ggf. kann es genügen, nur eine der beiden Lochscheiben 33 oder 34 vorzusehen. Jedenfalls sollen durch die Lochscheibe bzw. die Lochscheiben Interferenzen vermieden werden. In diesem Beispiel kommen zudem Sender-LED's 9 zum Einsatz, welche Licht in einem schmalen Wellenlängenbereich emittieren, vorzuggweise im Bereich von 940 +/– 5 Nanometern. Vorzugsweise kommen zudem Empfänger-LED's 16 mit einem integrierten Bandpassfilter zum Einsatz, welche ebenfalls nur Licht in dem vorgegeben Wellenlängenbereich passieren lassen.
  • Versuche haben gezeigt, dass vorzugsweise zwischen zwei und acht Sender-LED's 9 und eine korrespondierende Anzahl Empfänger-LED's 16 zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt werden zwischen drei und sechs Sender-LED's 9 und eine korrespondierende Anzahl Empfänger-LED's 16 vorgesehen. Beim Vorsehen von zumindest drei Sender- und Empfänger-LED's kann der Ausfall von einer Sender-LED und/oder einer Empfänger-LED ggf. kompensiert werden. Es versteht sich, dass mit steigender Anzahl von LED's die Unempfindlichkeit in Bezug auf den Ausfall einzelner LED's abnimmt. Ebenso steigt mit der Anzahl der LED's auch die Unempfindlichkeit in Bezug auf eine partielle Verschmutzung der Glasscheibe bzw. der Glassscheiben. Im Hinblick auf die Unempfindlichkeit, die Zuverlässigkeit, den Platzbedarf und die Kosten hat sich der Einsatz von jeweils vier oder fünf Sender- und Empfänger-LED's besonders bewährt. Vorzugsweise sind die LED's nicht wie zeichnerisch dargestellt parallel zur Längsachse sondern in einer Reihe quer zur Längsachse der Vorrichtung 1 angeordnet, so dass im Wesentlichen der gesamte Querschnitt des Kanals 5 erfasst wird.
  • Zudem ist ein Drucksensor 35 vorgesehen, mittels welchem der in dem Kanal 5 vorherrschende Druck gemessen werden kann. Über eine Verbindungsleitung 36 kann der Drucksensor 35 mit der Steuereinrichtung 29 (2) verbunden werden. Zudem ist ein Temperatursensor 37 vorgesehen, mittels welchem die Temperatur des durchströmenden Gases gemessen werden kann. Über eine Verbindungsleitung 38 kann der Temperatursensor 37 mit der Steuereinrichtung 29 (2) verbunden werden. Durch das Vorsehen eines Drucksensors 35 kann ggf. nicht nur der in dem Kanal 5 vorherrschende Druck gemessen werden, sondern es kann beispielsweise zusätzlich festgestellt werden, ob noch eine Gasströmung im Kanal 5 vorhanden ist. Ggf. kann hierzu ein Vergleich mit einem weiteren Drucksensor (nicht dargestellt) angestellt werden. Üblicherweise ist an der Druckgiessform ohnehin ein weiterer Drucksensor angeordnet, so dass beispielsweise auf dessen Daten zurückgegriffen werden kann. Die genannten Sensoren 35, 37 eignen sich insbesondere auch, um verschiedene Messungen miteinander zu vergleichen und ggf. mittels der Steuereinrichtung Einfluss auf die Menge an eingespritztem Wasser-Trennmittel-Gemisch zu nehmen. Je nach Bedarf kann allenfalls auch nur der Drucksensor 35 oder der Temperatursensor 37 vorgesehen werden. Natürlich kann auch mehr als ein Drucksensor und/oder mehr als ein Temperatursensor vorgesehen werden.
  • Es versteht sich, dass die vorgängig erläuterten Ausführungsbeispiele der Vorrichtung nicht als abschliessend zu betrachten ist, sondern dass im Rahmen des in den Patentansprüchen definierten Schutzumfangs durchaus abweichende Gestaltungen möglich sind. So könnten beispielsweise zwei Einschubmodule vorgesehen werden, wobei an dem einen Teil der Sender inklusive der zugehörigen Glasscheibe angeordnet ist, während an dem anderen Teil der Empfänger inklusive der zugehörigen Glasscheibe angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt eine besonders einfache Reinigung oder einen besonders einfachen Austausch der jeweiligen Glasscheibe bzw. des Senders oder Empfängers. Natürlich könnten beispielsweise auch zwei Sender und zwei Empfänger vorgesehen werden, welche entweder hintereinander entlang des Kanals 5 oder jeweils um 90° zueinander versetzt entlang des Umfangs des Kanals 5 angeordnet werden könnten
  • Die wesentlichen Vorteile der gezeigten Vorrichtung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
    • – Die Vorrichtung ermöglicht ein zuverlässiges Messen/Ermitteln der in der Giessform allenfalls vorhandenen Restwassermenge;
    • – Indem die Vorrichtung entfernt von der Giessform und damit von dem heissen Bereich der Druckgiessmaschine angeordnet ist, ist deren thermische Belastung vergleichsweise gering;
    • – Die Vorrichtung ist einfach und kostengünstig aufgebaut;
    • – Die Vorrichtung kann einfach und schnell in bestehende oder neue Anlagen integriert werden;
    • – Die Vorrichtung beeinflusst den Giesszyklus nicht;
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Gehäuse
    3
    Eingangs-Flansch
    4
    Ausgangs-Flansch
    5
    Kanal
    6
    Einschub
    7
    Sender
    8
    Print
    9
    LED's
    10
    Glasscheibe
    11
    Reinigungsdüse
    12
    Anschlüsse
    13
    14
    Empfänger
    15
    Print
    16
    LED's
    17
    Glasscheibe
    18
    Reinigungsdüse
    19
    Anschlüsse
    20
    21
    22
    Giesskammer
    23
    Giesskolben
    24
    Druckgiessform
    25
    Formhohlraum
    26
    Sprühkopf
    27
    Entlüftungsventil
    28
    Vakuumtank
    29
    Steuereinrichtung
    30
    Entlüftungskanal
    31
    Entlüftungsleitung
    32
    33
    Lochscheibe
    34
    Lochscheibe
    35
    Drucksensor
    36
    Anschlussleitung
    37
    Temperatursensor
    38
    Anschlussleitung
    39
    Filter

Claims (22)

  1. Vorrichtung (1) zur Messung der Feuchtigkeit in Druckgiessformen (24), deren Formhohlraum (25) über eine Entlüftungsleitung (31) mit einer Entlüftungsvorrichtung (28) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mit der Entlüftungsleitung (31) verbindbar ist und eine Sensoranordnung (S) umfasst, mittels welcher die Feuchtigkeit in den aus dem Formhohlraum (25) abgesaugten Gasen messbar ist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (S) zumindest einen elektromagnetische Strahlung emittierenden Sender (7) und zumindest einen elektromagnetische Strahlung erfassenden Empfänger (14) umfasst und die Vorrichtung (1) mit einem Kanal (5) zum Durchleiten der abgesaugten Gase versehen ist, wobei der Kanal (5) zwischen dem Sender (7) und dem Empfänger (14) hindurch verläuft.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7) elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 600 nm und 1400 nm, vorzugsweise zwischen 900 nm und 990 nm, besonders bevorzugt zwischen 930 nm und 950 nm emittiert.
  4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Empfänger (14) ein Bandpassfilter vorgeschaltet ist, welches elektromagnetische Strahlung innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs passieren lässt, vorzugsweise innerhalb eines Wellenlängenbereichs zwischen 900 nm und 990 nm, besonders bevorzugt zwischen 930 nm und 950 nm.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7) zumindest drei elektromagnetische Strahlung emittierende LED's (9) und der Empfänger (14) eine korrespondierende Anzahl elektromagnetische Strahlung erfassende LED's (16) aufweist.
  6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die LED's (9) des Senders (7) elektromagnetische Strahlung im Bereich zwischen 935 nm und 945 nm emittieren und die LED's (16) des Empfängers (14) mit einem integrierten Bandpassfilter versehen sind, welcher elektromagnetische Strahlung im Bereich zwischen 935 nm und 945 nm passieren lässt.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verhindern von Interferenzen den LED's (9) des Senders (7) eine Lochscheibe (33) nachgeschaltet ist und/oder den LED's (16) des Empfängers (14) eine Lochscheibe (34) vorgeschaltet ist.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die LED'S (9, 16) über den Querschnitt des Kanals (5) verteilt angeordnet sind.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Sender (7) hinter einer Glasscheibe (10) angeordnet ist/sind, welche die vom jeweiligen Sender (7) emittierte Strahlung weitgehend passieren lässt.
  10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Empfänger (14) hinter einer Glasscheibe (17) angeordnet ist/sind, welche elektromagnetische Strahlung zumindest in einem bestimmten Wellenlängenbereich weitgehend passieren lässt.
  11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe (10, 17) mit einem Bandpassfilter versehen ist, welches elektromagnetische Strahlung innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs passieren lässt, vorzugsweise innerhalb eines Wellenlängenbereichs zwischen 900 nm und 990 nm, besonders bevorzugt zwischen 930 nm und 950 nm.
  12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor der jeweiligen Glasscheibe (10, 17) eine mit zumindest einer Austrittsöffnung versehene Reinigungsdüse (11, 18) derart angeordnet ist, dass über die Austrittsöffnung(en) ein unter Überdruck stehendes Reinigungsmedium in Richtung der jeweiligen Glasscheibe (10, 17) austreten kann.
  13. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) als modulare Baueinheit ausgebildet ist.
  14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Gehäuse (2) aufweist, das mit einem Eingangs-Flansch (3), einem Ausgangs-Flansch (4) und einem von dem Eingangs-Flansch (3) durch das Gehäuse (2) zu dem Ausgangs-Flansch (4) führenden Kanal (5) versehen ist, wobei auf der einen Seite des Kanals (5) der Sender (7) und diametral gegenüberliegend der Empfänger (14) angeordnet ist.
  15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Flansch (3, 4) zum Anschliessen an eine Entlüftungsleitung (31) ausgebildet ist.
  16. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest einen lösbar in das Gehäuse eingesetzten Einschub (6) aufweist, wobei auf dem Einschub (6) der Sender (7) und/oder Empfänger (7) und/oder die Glasscheibe(n) (10, 17) angeordnet ist/sind.
  17. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mit einer Schnittstelle versehen ist, über welche die Sensoranordnung (S) elektrisch gespeist wird und/oder die gemessenen Daten übertragbar sind.
  18. Verfahren zur Messung der Feuchtigkeit in Druckgiessformen (24) mittels einer gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Vorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohlraum (25) der Druckgiessform (24) über eine Entlüftungsleitung (31) zwangsweise evakuiert wird und dass während des Evakuierens der Wassergehalt des durch die Entlüftungsleitung (31) strömenden Gases mittels der Vorrichtung (1) gemessen wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass während des Evakuiervorgangs ein Messzyklus mit einer Vielzahl an einzelnen Messungen durchgeführt und aus den Messungen ein Mittelwert gebildet wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor jedem Messzyklus ein Nullabgleich der Sensoranordnung (S) durchgeführt wird.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20 wobei vor dem Sender (7) und/oder Empfänger (14) eine Glasscheibe (10, 17) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor jedem Messzyklus eine Reinigung der Glasscheibe (10, 17) durchgeführt wird.
  22. Verfahren zum Ermitteln oder Verändern der Menge eines in den Formhohlraum (25) einer Druckgiessform (24) einzusprühenden Wasser-Trennmittel-Gemischs mittels einer gemäss einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildeten Vorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohlraum (25) der Druckgiessform (24) über eine Entlüftungsleitung (31) zwangsweise evakuiert wird und dass während des Evakuierens der Wassergehalt des durch die Entlüftungsleitung (31) strömenden Gases mittels der Vorrichtung (1) gemessen oder ermittelt wird, und dass aufgrund der gemessenen oder ermittelten Werte die absolute Menge des aufzubringenden Wasser-Trennmittel-Gemischs für nachfolgende Sprühvorgänge bestimmt wird und/oder ein Korrekturfaktor zur Veränderung der Menge des einzuspritzenden Wasser-Trennmittel-Gemischs ermittelt wird.
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