DE102016107278A1

DE102016107278A1 - Speisereinsatz mit Sensoröffnung, sowie Speiser-Anordnung, Verwendung und Verfahren

Info

Publication number: DE102016107278A1
Application number: DE102016107278.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Iven; Michael BIEMEL; Lars ZUMBUSCH; Heiko Schirmer
Original assignee: Chemex GmbH
Current assignee: Chemex Foundry Solutions GmbH
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-10-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Speisereinsatz (1) zur Verwendung beim Gießen von Metallen in einer Gießform (2), mit einem Formkörper (4), der eine ein Speiservolumen (6) definierende Wand (8) aufweist, wobei das Speiservolumen (6) vorgesehen ist, aus der Gießform (2) austretendes flüssiges Metall aufzunehmen, und wobei die Wand (8) eine Speiseröffnung (14) zum Anschluss an die Gießform (2) aufweist. Erfindungsgemäß weist der Speisereinsatz wenigstens eine in der Wand (8) angeordnete Sensoröffnung (20) zum Detektieren eines Füllstands (F) des Speisereinsatzes (1) auf, wobei die Sensoröffnung (20) einen sich vom Speiservolumen (6) nach außen hin vergrößernden Querschnitt aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Speiser-Anordnung (100), die Verwendung eines Speisereinsatzes (1) und ein Verfahren (200).

Description

Die Erfindung betrifft einen Speisereinsatz zur Verwendung beim Gießen von Metallen in einer Gießform mit einem Formkörper, der eine ein Speiservolumen definierende Wand aufweist, wobei das Speiservolumen vorgesehen ist, aus der Gießform austretendes flüssiges Metall aufzunehmen, und wobei die Wand eine Speiseröffnung zum Anschluss an die Gießform aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Speiser-Anordnung zur Verwendung beim Gießen von Metallen in einer Gießform, die Verwendung eines Speisereinsatzes sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gussprodukts.
Ein- oder mehrteilige Speisereinsätze werden in großer Anzahl und Vielfalt beim Gießen von Metallen in Gießformen eingesetzt. Die verwendeten Speisereinsätze, auch kurz bezeichnet als Speiser, werden zum Großteil von einem zum Herstellen der Gießform verwendeten Formstoff, wie beispielsweise Formsand, umgeben und dadurch relativ zum Formhohlraum der Gießform in Position gehalten. Bekannte Speiser weisen ein Speiservolumen auf, welches von einer Wand des Formkörpers definiert wird. Der Formkörper weist ferner eine Speiseröffnung für das flüssige Metall auf, wodurch eine Verbindung zwischen dem Formhohlraum und dem Speiservolumen hergestellt ist. Eine Teilmenge des während des Gießvorgangs in den Formhohlraum der Gießform eingefüllten Metalls tritt hierdurch in den Speiser und somit in das Speiservolumen ein. Das in dem Speisereinsatz befindliche flüssige Metall soll beim Erstarrungsvorgang, der mit einem Schrumpfen des Gussprodukts verbunden ist, in die Gießform zurückströmen können, um dort das Schrumpfen des Gussteils bis zur Solidustemperatur auszugleichen bzw. zu kompensieren.
Zu diesem Zweck wird das in den Speisereinsatz gelangte Metall noch so lange im flüssigen Zustand gehalten, bis das im Inneren der Gießform vorhandene Metall bereits erstarrt oder bereits teilweise zum Gussteil erstarrt ist. Wenigstens ein Teil des Speisereinsatzes besteht daher üblicherweise aus einem isolierenden und/oder exothermen Material. Exotherme Materialien haben die Eigenschaft, dass sie beim Eintritt von flüssigem Metall in das Speiservolumen des Speisereinsatzes aufgrund der herrschenden Temperaturen gezündet werden. Ab diesem Zeitpunkt läuft innerhalb des Materials des Speisereinsatzes selbsttätig eine exotherme Reaktion ab, sodass über eine bestimmte Zeitdauer Wärmeenergie an das in dem Speiservolumen befindliche Metall abgegeben wird. Somit wird das Metall im Speisereinsatz und im Übergangsbereich zum Formhohlraum der Gießform im flüssigen Zustand gehalten.
Auch im Bereich des Gießens sind die Produktivitätsanforderungen gestiegen, weshalb nach Möglichkeiten gesucht wird, um die Formherstellung zu automatisieren und das Herstellen von Gießformen für Gussteile in großer Stückzahl effizienter zu gestalten. Ein weiterer Aspekt ist der schonende Umgang mit Ressourcen. Es soll nach Möglichkeit so wenig Metall wie möglich verwendet werden, was bedingt, dass der Speisereinsatz nur so weit zu füllen ist wie notwendig. Gleichzeitig ist es auch wünschenswert, auf einfache Art und Weise überprüfen zu können, ob die Gießform vollständig gefüllt ist.
Bisher wird dabei häufig so verfahren, dass flüssiges Metall so lange eingefüllt wird, bis es aus einer oder mehreren Lüftungsöffnungen eines vertikal angesetzten Speisereinsatzes austritt. Hierbei besteht allerdings ein Verletzungsrisiko. Nachteilig ist auch, wenn das flüssige Metall an Abschnitten der Form herunterläuft. Zudem ist die Materialverschwendung bei einem solchen Vorgehen verhältnismäßig hoch.
Bekannt ist es daher bei solchen Speisereinsätzen auf dem Deckel einen Tümpel vorzusehen. Ein derartiger Speisereinsatz ist in DE 20 2010 012 663 offenbart. Auf der äußeren Oberfläche des Deckelbereichs des Speiserkorpus ist ein an Entlüftungsöffnungen angeschlossener Tümpel zur Aufnahme von über die Entlüftungsöffnung aus dem Speiservolumen austretendem, flüssigem Metall angeordnet. Dadurch kann sich aus der Entlüftungsöffnung des Speiserkorpus nach außen überströmendes flüssiges Metall in dem auf der Oberfläche des Deckelbereichs ausgebildeten Tümpel sammeln und insoweit nicht nach außen an dem Speiserkorpus abfließen.
Hierdurch kann zwar dem Problem des übermäßig austretenden überlaufenden flüssigen Metalls wenigstens teilweise begegnet werden. Dennoch besteht weiterhin Bedarf, auf einfache Art und Weise und zuverlässig die Füllung der Gießform und auch des Speiservolumens zu erkennen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Speisereinsatz der eingangs genannten Art, eine Speiseranordnung, die Verwendung eines Speisereinsatzes sowie ein Verfahren zum Gießen anzugeben, mittels derer die Füllung der Gießform und/oder des Speiservolumens auf einfache Art und Weise und sicher festgestellt werden kann.
Die Erfindung löst die Aufgabe in einem ersten Aspekt bei einem Speisereinsatz der eingangs genannten Art dadurch, dass wenigstens eine in der Wand angeordnete Sensoröffnung zum Detektieren eines Füllstands des Speisereinsatzes vorgesehen ist, wobei die Sensoröffnung einen sich vom Speiservolumen nach außen hin vergrößernden Querschnitt aufweist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine derartige Sensoröffnung der Füllstand des Speiservolumens und dadurch auch der Füllstand der Gießform auf einfache Art und Weise sicher festgestellt werden kann. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Sensoröffnung einen sich vom Speiservolumen nach außen hin vergrößernden Querschnitt, bevorzugt allmählich vergrößernden Querschnitt, aufweist. Dadurch ist der Öffnungsquerschnitt der Sensoröffnung an dem dem Speiservolumen zugewandten Ende verhältnismäßig klein, während der Öffnungsquerschnitt am äußeren Ende der Sensoröffnung verhältnismäßig groß ist. Hierdurch wird die Erfassung des Füllstands besonders einfach möglich. Tritt flüssiges Metall in die Sensoröffnung ein, entsteht ein Badspiegel, der anzeigt, dass das Speiservolumen gefüllt ist. Aufgrund der Aufweitung der Sensoröffnung durch den sich nach außen hin vergrößernden Querschnitt der Sensoröffnung nimmt einerseits bei weiter steigendem Füllstand die Fläche des Badspiegels zu, andererseits verlangsamt sich, bei gleichbleibender Gießgeschwindigkeit, auch der Anstieg. Durch beide Effekte wird sowohl das Erkennen des Füllstands erleichtert als auch die Sicherheit erhöht. Da die Steiggeschwindigkeit des Badspiegels in der Sensoröffnung mit steigendem Badspiegel bei gleichbleibender Gießgeschwindigkeit abnimmt, bleibt einer Bedienperson genügend Zeit, Gegenmaßnahmen zu ergreifen, und auch einem Überlaufen wird entgegengewirkt.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Speisereinsatz zur Verwendung beim Gießen von Metallen in einer Gießform vorgeschlagen, mit einem Formkörper, der eine ein Speiservolumen definierende Wand aufweist, wobei das Speiservolumen vorgesehen ist, aus der Gießform austretendes flüssiges Metall aufzunehmen, und wobei die Wand eine Speiseröffnung zum Anschluss an die Gießform aufweist, wobei der Speisereinsatz als zwei- oder mehrteiliger Speisereinsatz ausgebildet ist, wobei der Formkörper eine innere Speiserkappe und einen diese umgebenden Mantel aufweist und sich dadurch auszeichnet, dass er eine die Speiseröffnung umgebende Dichtfläche zum dichtenden Anschluss des Speisereinsatzes an die Gießform aufweist, wobei die Dichtfläche durch den Mantel gebildet ist. Gemäß diesem Aspekt weist der Formkörper bevorzugt in einem Deckelabschnitt wenigstens eine Lüftungsöffnung auf, die vorzugsweise im Wesentlichen gegenüberliegend zur Speiseröffnung angeordnet ist. Die Lüftungsöffnung kann als Sensoröffnung ausgebildet sein, ist aber in diesem Aspekt bevorzugt als Öffnung mit einem im Wesentlichen konstanten Querschnitt, beispielsweise zylindrisch, ausgebildet. In diesem Aspekt ist weiterhin bevorzugt, dass der Deckelabschnitt auf einer dem Speiservolumen abgewandten Seite eine Ausnehmung zum Sammeln von durch die Lüftungsöffnung austretendem flüssigen Metall aufweist. Die Ausnehmung steht daher bevorzugt in fluidleitender Verbindung mit der wenigstens einen Lüftungsöffnung. Die Ausnehmung kann als Vertiefung oder Aussparung in dem Material des Mantels oder als ein von einem vorzugsweise ringförmigen Vorsprung umgebener Bereich ausgebildet sein. Die Ausnehmung ist bevorzugt mit zwei oder mehr Lüftungsöffnungen verbunden. Die Randfläche der Vertiefung kann einen geneigten Verlauf aufweisen. Es soll verstanden werden, dass der Speisereinsatz gemäß dem ersten Aspekt und der Speisereinsatz gemäß dem zweiten Aspekt gleiche und ähnliche bevorzugte Ausführungsformen aufweisen, wie sie insbesondere in den Unteransprüchen niedergelegt sind. So kann auch der Speisereinsatz gemäß dem zweiten Aspekt die Sensoröffnung des Speisereinsatzes gemäß dem ersten Aspekt aufweisen.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Sensoröffnung derart angeordnet, dass eine Zentralachse der Sensoröffnung bei der Verwendung des Speisereinsatzes im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Badspiegel des flüssigen Metalls in der Sensoröffnung im Wesentlichen senkrecht zur Zentralachse ausgerichtet ist bzw. entlang dieser ansteigt. Hierdurch wird die Erfassung des Füllstands in der Sensoröffnung weiter erleichtert und ein Austreten von flüssigem Metall aus der Sensoröffnung weitgehend verhindert.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Sensoröffnung derart angeordnet, dass sich diese bei der Verwendung des Speisereinsatzes unmittelbar an einen zu füllenden Teil des Speiservolumens anschließt. Hat das flüssige Metall das zu füllende Speiservolumen vollständig ausgefüllt, tritt es, wenn der Gießvorgang fortgesetzt wird, in die Sensoröffnung ein. Das Eintreten des flüssigen Metalls in die Sensoröffnung ist also ein sicherer Indikator dafür, dass der zu füllende Teil des Speiservolumens vollständig gefüllt ist. Das Speiservolumen ist dabei vorzugsweise so dimensioniert, dass ausreichend Metall zur Kompensation der Schwindung des Gießteils vorgehalten ist.
Weiterhin ist bevorzugt, dass eine Lüftungsöffnung vorgesehen ist, die das Speiservolumen mit einer Umgebung verbindet, wobei ein Einlass der Lüftungsöffnung bei der Verwendung des Speisereinsatzes oberhalb eines Einlasses der Sensoröffnung liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass flüssiges Metall zunächst in die Sensoröffnung eintritt und erst dann in die Lüftungsöffnung. Hierdurch wird erreicht, dass auch bei Eintreten von flüssigem Metall in die Sensoröffnung immer noch entlüftet werden kann, wodurch einerseits die Erfassung verbessert wird als andererseits auch beim Schrumpfen des Gießteils ein Rückströmen erleichtert ist. Bevorzugt ist der Einlass der Lüftungsöffnung oberhalb eines vorbestimmten Füllstandsschwellwerts, bis zu dem flüssiges Metall beim Gießen in der Sensoröffnung ansteigen soll bzw. wird, angeordnet. Hierdurch wird erreicht, dass auch wenn das Speiservolumen vollständig gefüllt ist und flüssiges Metall in der Sensoröffnung aufsteigt, der Einlass der Lüftungsöffnung offen bleibt, und so der Be- und Entlüftung dienen kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Sensoröffnung einen sich kontinuierlich nach außen hin vergrößernden Querschnitt auf. Hierdurch wird ein kontinuierliches Aufweiten der Fläche des Badspiegels erreicht, wodurch das Erfassen der Füllstandshöhe durch einen Bediener weiter vereinfacht wird. Ferner ist es leicht zu erkennen, wann ein Überlaufen der Sensoröffnung droht. Durch das kontinuierliche Aufweiten verringert sich auch die Aufstiegsgeschwindigkeit des Badspiegels in der Sensoröffnung kontinuierlich, und das Reagieren hierauf durch einen Bediener ist vereinfacht.
Besonders bevorzugt ist die Sensoröffnung trichterförmig ausgebildet. Eine trichterförmige Sensoröffnung ist eine geometrisch einfache Form, die auch die Herstellung des gegenständlichen Speisereinsatzes vereinfacht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Winkel zwischen der Zentralachse der Sensoröffnung und einer Wand der Sensoröffnung in einem Bereich von 20° bis 70°, bevorzugt 30° bis 60°, besonders bevorzugt 40° bis 50°. Der Winkel bezieht sich auf eine durchschnittliche Ebene bzw. Gerade der Wand der Sensoröffnung in einer Schnittdarstellung. Das heißt, Unebenheiten der Wand der Sensoröffnung sollen außer Betracht bleiben. Bevorzugt liegt eine durchschnittliche Steigung der Wand der Sensoröffnung bezogen auf die Zentralachse der Sensoröffnung in einem Bereich von 0,5 bis 10, bevorzugt 0,5 bis 5, besonders bevorzugt 1 bis 2. Derartige Winkel und derartige Steigungen sind besonders bevorzugt, da hierdurch ein Öffnungswinkel der Sensoröffnung ausreichend groß ist, um ein gutes Erfassen und auch ein Verlangsamen der Steiggeschwindigkeit zu erreichen. Bevorzugt werden diese Werte an jeder Seite bzw. an jeder Stelle des Umfangs der Sensoröffnung erreicht.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Verhältnis zwischen einer zum Speiservolumen distalen Querschnittsfläche und einer zum Speiservolumen proximalen Querschnittsfläche der Sensoröffnung 2 oder mehr beträgt, bevorzugt in einem Bereich von 2 bis 30, weiter bevorzugt 4 bis 30, besonders bevorzugt 9 bis 16 liegt. Das heißt, die Querschnittsfläche des zum Speiservolumen distalen Querschnitts ist bevorzugt wenigstens zweimal so groß wie die Querschnittsfläche des zum Speiservolumen proximalen Querschnitts. Bei gleichbleibender Steigung ist dieses Verhältnis abhängig von der Dicke der Wand des Speisereinsatzes, wobei sich herausgestellt hat, dass die 16-fache Querschnittsfläche in Bezug auf eine übliche Wanddicke eine bevorzugte Steigung ergibt und sich wirtschaftlich fertigen lässt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Speisereinsatz als zwei- oder mehrteiliger Speisereinsatz ausgebildet, und der Formkörper weist eine innere Speiserkappe und einen diese umgebenden Mantel auf. Der Mantel, auch als Mantelkern bezeichnet, umschließt den Formkörper, auch als Speiserkappe bezeichnet, vorzugsweise an seiner Außenfläche im Wesentlichen vollständig. Die Sensoröffnung kann in dieser Ausführungsform zwei Abschnitte aufweisen, wobei ein erster Abschnitt in der Speiserkappe und ein zweiter sich an den ersten Abschnitt unmittelbar anschließender Abschnitt in den Mantel ausgebildet ist. Die Abschnitte können eine unterschiedliche Geometrie haben, wie etwa verschiedene Steigungen. Beispielsweise weist die Kappe einen zylindrischen Durchlass auf, während sich die Sensoröffnung, an diesem zylindrischen Durchlass anschließend, nach außen hin aufweitet. Der Mantel dient dazu, die Kappe einzuhausen, um so Austritt von Rauchgasen weitgehend zu verhindern. Im Betrieb kommt es vor, dass Bindemittel, welches zum Binden des isolierenden und/oder exothermen Materials der Kappe verwendet wird, verbrennt, und es so zu einer Rauchgasentwicklung kommt. Der Mantel ist vorzugsweise aus einem gebundenen Quarzsand gebildet und schließt somit die Kappe ein. An dem Abschnitt der Kappe, die in der Verwendung in Formsand eingebettet ist, ist eine Ummantelung durch den Mantel nicht zwingend erforderlich. Die Sensoröffnung erstreckt sich durch beide Teile, sowohl den Mantel als auch die Kappe, wodurch eine sich von dem proximalen Ende des Durchlasses in der Kappe bis zum zum Speiservolumen distalen Ende des Durchlasses in dem Mantel ausgebildete Sensoröffnung vorgesehen ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung, ist der Speisereinsatz als zwei- oder mehrteiliger Speisereinsatz ausgebildet, wobei der Formkörper eine innere Speiserkappe und einen diese umgebenden Mantel aufweist, wobei der Speisereinsatz ferner eine die Speiseröffnung umgebende Dichtfläche zum dichtenden Anschluss des Speisereinsatzes an die Gießform aufweist, wobei die Dichtfläche durch den Mantel gebildet ist. Es soll verstanden werden, dass für diesen Aspekt unabhängiger Schutz beansprucht werden kann.
Der Vorteil dieser Gestaltung ist, dass sich auf diese Weise eine besonders gute Dichtung zwischen Speisereinsatz und Gießform erreichen lässt. Bei der Herstellung eines zweiteiligen Speisereinsatzes wird in der Regel zunächst die Speiserkappe auf einen Dorn gesetzt und dann mit dem Material für den Mantel umschossen. Das Material ist in der Regel Quarzsand, wie er auch für andere Gießkerne verwendet wird. Durch die Krafteinwirkung kann es an der Speiserkappe zu Verzug kommen und die axiale Stirnseite verzieht sich. Hierbei sind Geometrieabweichungen von bis zu wenigen Millimetern möglich. Wird hingegen die Dichtfläche erst durch das Umschießen mit dem Mantel gebildet ist für die Dichtfläche eine definierte Geometrie aufgrund der Schießform gegeben und dadurch eine wesentlich höhere Fertigungsgenauigkeit bei gleichbleibenden Herstellungskosten möglich.
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Wand wenigstens einen Seitenwandabschnitt und einen Deckelabschnitt, und die Sensoröffnung ist in dem Deckelabschnitt ausgebildet. In dieser Variante ist der Speisereinsatz als vertikaler Speiser ausgebildet, der zum vertikalen Ansatz an einem oberen Abschnitt einer Gießform ausgebildet ist. Die Speiseröffnung ist hierbei bevorzugt der Sensoröffnung gegenüberliegend ausgebildet. Die Zentralachse der Speiseröffnung ist vorzugsweise parallel, insbesondere koaxial, zur Achse der Sensoröffnung ausgebildet. Sind mehrere Sensoröffnungen vorgesehen, sind die Zentralachsen bevorzugt äquidistant bezüglich der Zentralachse der Speiseröffnung angeordnet.
Weiterhin ist bevorzugt, dass der Formkörper wenigstens abschnittsweise aus einem exothermen und/oder isolierenden Material gebildet ist. Ist der Formkörper zweiteilig mit einer Kappe und einem Mantel ausgebildet, ist vorzugsweise die Speiserkappe aus dem exothermen und/oder isolierenden Material gebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an der Sensoröffnung eine Aufnahme für einen Sensor angeordnet. Eine derartige Aufnahme ist dann bevorzugt, wenn der Sensor mechanisch mit dem Speisereinsatz gekoppelt werden soll, wie dies beispielsweise bei einem berührenden Sensor, beispielsweise einem Widerstandssensor, der Fall ist. Aber auch ein nicht berührender, optisch wirkender Sensor, kann unmittelbar an dem Speisereinsatz angeordnet werden. Dies gilt etwa für einen Thermopile oder dergleichen.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die Sensoröffnung im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist. Hierdurch ist die Sensoröffnung einfacher zu fertigen, andererseits ist aber auch das Erfassen des Füllstands vereinfacht.
In einem dritten Aspekt löst die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe bei einer Speiseranordnung zur Verwendung beim Gießen von Metallen in einer Gießform mit wenigstens einem Speisereinsatz mit einem Formkörper, der eine ein Speiservolumen definierende Wand aufweist, wobei das Speiservolumen vorgesehen ist, aus der Gießform austretendes flüssiges Metall aufzunehmen, und wobei die Wand eine Speiseröffnung zum Anschluss an die Gießform und eine Sensoröffnung zum Erfassen eines Füllstands des Speisereinsatzes aufweist, wobei die Anordnung eine Sensoreinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen Füllstand flüssigen Metalls in der Sensoröffnung zu erfassen. Durch eine derartige Sensoranordnung ist es auf einfache Art und Weise möglich, den Füllstand einer Gießform, wenn der Speisereinsatz an der Gießform angeordnet ist, zu bestimmen. Bevorzugt ist der Speisereinsatz gemäß einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen eines Speisereinsatzes gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Bezüglich der bevorzugten Ausführungsformen sowie der damit verbundenen Vorteile wird auf die obige Beschreibung zum ersten und zweiten Aspekt der Erfindung vollumfänglich Bezug genommen.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Speiseranordnung weist die Sensoreinheit eine Kamera auf. Die Kamera kann eine optische Kamera sein, die beispielsweise mit einem Monitor oder dergleichen verbunden ist. In einer bevorzugten Variante ist die Kamera ortsfest beispielsweise in einer Produktionshalle angeordnet und kann so verschiedene Speisereinsätze verschiedener Gießformen erfassen. Die Gießform wird vorbereitet für einen Gießvorgang an einem definierten Ort angeordnet, derart, dass der Speisereinsatz in das Blickfeld der Kamera gerät. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kamera dazu ausgebildet, den Füllstand des Badspiegels in der Sensoröffnung anhand der Größe und/oder Form zu erfassen. Die Kamera ist in diesem Fall bevorzugt als CCD-Kamera ausgebildet. Wie eingangs bereits beschrieben, liegt ein Effekt der erfindungsgemäßen Sensoröffnung darin, dass der Badspiegel mit steigendem Füllstand eine größere Fläche einnimmt. Die Kamera ist dazu ausgebildet, die Fläche des Badspiegels zu bestimmen und dadurch den Füllstand zu erfassen. Dazu kann die Kamera mit einer Steuereinheit oder dergleichen verbunden sein oder Softwaremittel aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Sensoreinheit einen Abstandssensor auf, der einen Abstand zu der Flüssigkeitsoberfläche in der Sensoröffnung erfasst. Ein solcher Abstandssensor kann beispielsweise eine Lasereinrichtung aufweisen, mittels der der Abstand gemessen wird. Alternativ kann auch ein mechanischer Abstandssensor eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Variante weist die Sensoreinheit einen Temperatursensor auf, der die Temperatur in einer vorbestimmten Position in der Sensoröffnung erfasst. Ein solcher Temperatursensor kann beispielsweise als herkömmliches Thermopile ausgebildet sein, welches berührend oder berührungslos die Temperatur an einer bestimmten Stelle in der Sensoröffnung misst. Beispielsweise kann das Thermopile auf einen bestimmten Punkt an der Wand der Sensoröffnung ausgerichtet sein, sodass die Temperatur an dieser Stelle gemessen werden kann. Wird festgestellt, dass der Temperaturgradient der von dem Thermopile erfassten Temperatur einen bestimmten Schwellwert übersteigt, ist dies ein Indikator dafür, dass flüssiges Metall den gemessenen Punkt erreicht und/oder überschritten hat. Hierdurch kann ein vorbestimmter Füllstandsschwellwert der Sensoröffnung erfasst werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Sensoreinheit einen Reflexionssensor auf, der optisch die Präsenz von flüssigem Metall an einer vorbestimmten Position in der Sensoröffnung erfasst. Optisch ändert sich die Reflexion, wenn Metall die Oberfläche der Wand der Sensoröffnung überstreicht. Diese Änderung der Reflexion kann durch einen Reflexionssensor, der optisch arbeitet, erfasst werden. Auch hierdurch kann ein vorbestimmter Füllstandsschwellwert und somit der Füllstand erfasst und bestimmt werden.
Bevorzugt ist auch, wenn die Sensoreinheit einen Widerstandssensor aufweist, der in der Sensoröffnung angeordnet ist und einen elektrischen Widerstand erfasst. Wenn flüssiges Metall in der Sensoröffnung aufsteigt, ändert sich der Widerstand, was durch einen Widerstandssensor erfasst werden kann.
In einer weiteren Variante weist die Sensoreinheit einen pyrotechnischen Sensor auf, der in der Sensoröffnung angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, bei Kontakt mit flüssigem Metall ein Leuchtsignal zu erzeugen. Der pyrotechnische Sensor ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er bei Kontakt mit dem flüssigen Metall anfängt zu brennen bzw. exotherm zu reagieren und so ein helles Signal abgibt. Ein solcher pyrotechnischer Sensor kann beispielsweise Magnesium oder ein Magnesiummaterial enthalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Speiseranordnung eine mit der Sensoreinheit verbundene Steuereinheit auf, die dazu vorgesehen ist, ein Signal der Sensoreinheit zu empfangen und bei Erreichen und/oder Überschreiten eines vorbestimmten Füllstandsschwellwerts ein entsprechendes Füllstandssignal auszugeben. Die Steuereinheit ist dazu vorgesehen, das von der Sensoreinheit empfangene Signal auszuwerten und ein entsprechendes Füllstandssignal auszugeben. Das Füllstandssignal kann ein optisches oder akustisches Signal sein. Alternativ oder zusätzlich ist das Füllstandssignal ein elektronisches Signal, welches an eine weitere Steuereinheit oder dergleichen ausgegeben wird. Bevorzugt wird das Füllstandssignal an eine Steuereinheit einer automatisierten Gießanlage ausgegeben, sodass ein Eingießen in die Gießform automatisiert beendet werden kann. Die Steuereinheit der Gießanlage ist daher bevorzugt dazu eingerichtet, das Füllstandssignal zu empfangen und das Eingießen entsprechend zu beeinflussen, bevorzugt zu stoppen.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Verwendung eines Speisereinsatzes beim Gießen von Metallen in einer Gießform in einer Speiseranordnung gemäß dem vorstehend beschriebenen dritten Aspekt der Erfindung, wobei der Speisereinsatz einen Formkörper aufweist, der eine ein Speiservolumen definierende Wand aufweist, wobei das Speiservolumen vorgesehen ist, aus der Gießform austretendes flüssiges Metall aufzunehmen, und wobei die Wand eine Speiseröffnung zum Anschluss an die Gießform und eine Sensoröffnung zum Detektieren eines Füllstands des Speisereinsatzes aufweist. Vorzugsweise ist der Speisereinsatz gemäß einem der vorstehend beschriebenen Speisereinsätze gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Insoweit wird vollumfänglich auf die Beschreibung bezüglich des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung sowie der Beschreibung bezüglich des dritten Aspekts der Erfindung verwiesen. Es soll verstanden werden, dass die Verwendung gleiche und ähnliche Aspekte wie der Speisereinsatz gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt und auch die Speiseranordnung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung aufweist wie sie insbesondere in den Unteransprüchen niedergelegt sind, sodass auf die bevorzugten Ausführungsformen sowie die damit verbundenen Vorteile Bezug genommen wird.
In einem fünften Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gussprodukts gelöst mit den Schritten: Bereitstellen oder Herstellen einer Gießform; Anordnen eines Speisereinsatzes gemäß einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des Speisereinsatzes gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung, insbesondere in einer Speiseranordnung gemäß einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen einer Speiseranordnung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, an der Gießform; Eingießen von flüssigem Metall, derart, dass das flüssige Metall in die Sensoröffnung des Speisereinsatzes eintritt; Erfassen eines Füllstands flüssigen Metalls in der Sensoröffnung; Bestimmen, ob ein vorbestimmter Füllstandsschwellwert erreicht und/oder überschritten wurde; und Stoppen des Eingießens. Es soll verstanden werden, dass das Verfahren gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung, die Verwendung gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung, die Speiseranordnung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung sowie der Speisereinsatz gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt der Erfindung gleiche und ähnliche Aspekte aufweisen, wie sie insbesondere in den Unteransprüchen niedergelegt sind. Insofern wird vollumfänglich auf die obige Beschreibung gemäß dem Speisereinsatz des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung, der Speiseranordnung des dritten Aspekts der Erfindung sowie der Verwendung gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung Bezug genommen.
Das Erfassen eines Füllstands flüssigen Metalls in der Sensoröffnung wird vorzugsweise mittels einer Sensoranordnung, wie vorstehend beschrieben, ausgeführt. Bevorzugt weist eine solche Sensoranordnung eine Kamera auf, welche mit einem Monitor verbunden ist. Der Monitor kann beispielsweise von einem Bediener beobachtet werden, und der Bediener kann so manuell bestimmen, ob ein vorbestimmter Füllstandsschwellwert erreicht oder überschritten wurde. Demnach kann der Schritt Bestimmen, ob ein vorbestimmter Füllstandsschwellwert erreicht und/oder überschritten wurde, in einer bevorzugten Variante des Verfahrens manuell ausgeführt werden. Der Schritt Bestimmen, ob ein vorbestimmter Füllstandsschwellwert erreicht und/oder überschritten wurde, kann aber auch automatisiert ausgeführt werden. Dazu wird vorzugsweise eine elektronische Steuereinheit verwendet, die den erfassten Füllstand mit einem vorbestimmten und gespeicherten Füllstandsschwellwert vergleicht und so bestimmt, ob der vorbestimmte Füllstandsschwellwert erreicht oder überschritten wurde. Wird das Erreichen oder Überschreiten des Füllstandsschwellwerts bestimmt, wird vorzugsweise ein Signal ausgegeben, welches unmittelbar oder mittelbar nach Verarbeitung bewirkt, dass das Eingießen gestoppt wird.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Ausgeben eines Füllstandssignals bei Erreichen und/oder Überschreiten des vorbestimmten Füllstandsschwellwerts. Das Signal kann akustisch, optisch oder rein elektronisch sein und unmittelbar oder mittelbar ausgegeben werden.
Nachfolgend wir die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beliegenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Vollschnitt durch einen Speisereinsatz gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen Vollschnitt durch einen Speisereinsatz gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 einen Vollschnitt durch einen Speisereinsatz gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 einen Vollschnitt durch einen Speisereinsatz gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Darstellung einer Speiseranordnung,
6 einen Ausschnitt aus einer Speiseranordnung in Einklang mit 5; und
7 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Gussprodukts.
Allgemein weist ein Speisereinsatz 1 zur Verwendung beim Gießen von Metallen in einer Gießform 2 (vgl. 5) einen Formkörper 4 auf, der eine ein Speiservolumen 6 definierende Wand 8 hat. Die Wand 8 weist einen Seitenabschnitt 10 sowie einen Deckelabschnitt 12 auf. Ferner weist die Wand 8 eine Speiseröffnung 14 auf, durch die flüssiges Metall in das Speiservolumen 6 eintreten kann. Dazu ist der Speisereinsatz 1 mit einer Dichtfläche 16 gegen eine Gießform 2 zu positionieren, und zwar so, dass die Speiseröffnung 14 an eine Öffnung der Gießform 2 angeschlossen ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Wand 8 vorzugsweise rotationssymmetrisch um die Zentralachse A des Speisereinsatzes 1 angeordnet und leicht konisch geformt, sodass sie mit Bezug auf 1 nach oben hin kegelstumpfförmig zuläuft.
Der Formkörper 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (1) ist einstückig ausgebildet und weist ein exothermes und/oder isolierendes Material auf. Der Speisereinsatz 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel (1) ist als vertikaler Speisereinsatz ausgebildet und wird in der in 1 gezeigten Ausrichtung verwendet.
In dem Deckelabschnitt 12 sind zwei Sensoröffnungen 20 zum Erfassen eines Füllstands F (5) des Speisereinsatzes 1 ausgebildet. Die beiden Sensoröffnungen 20 sind in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel identisch gebildet, sodass dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Die Beschreibung gilt gleichermaßen für beide Sensoröffnungen, wobei verstanden werden soll, dass ebenso nur eine Sensoröffnung, oder auch drei oder mehr Sensoröffnungen vorgesehen sein können.
Die Sensoröffnungen 20 erstrecken sich vollständig durch den Deckelabschnitt 12 der Wand 8 hindurch und verbinden so das Speiservolumen 6 mit einer Umgebung. Die Sensoröffnungen 20 weisen einen sich vom Speiservolumen 6 nach außen hin vergrößernden Querschnitt auf. Die Sensoröffnungen 20 sind in diesem Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch um die Achsen S herum ausgebildet und weisen einen zum Speiservolumen 6 proximalen Durchmesser D1 und einen zum Speiservolumen distalen Durchmesser D2 auf. Die Sensoröffnungen 20 sind im Wesentlichen kegelstumpfförmig geformt, sodass sie einen sich kontinuierlich nach außen hin vergrößernden Querschnitt aufweisen. Das Verhältnis der Querschnittsflächen ist in diesem Ausführungsbeispiel etwa 3,4 und ein Winkel α zwischen einer Wandung 22 und der Zentralachse S beträgt etwa 20°. Damit ist die Wand 22 verhältnismäßig steil. Es soll verstanden werden, dass auch Ausführungsbeispiele mit wesentlich flacheren Wänden bevorzugt sind. Die Zentralachse S der Sensoröffnungen 20 ist parallel zu der Zentralachse A des Speisereinatzes 1 angeordnet und die Sensoröffnungen 20 sind gegenüberliegend zu der Speiseröffnung 14 ausgebildet. Der Speisereinsatz 1 ist daher als vertikaler Speisereinsatz 1 geformt.
In diesem Ausführungsbeispiel schließen sich die Sensoröffnungen 20 unmittelbar an das Speiservolumen 6 an. Tritt flüssiges Metall in das Speiservolumen 6 ein, steigt es innerhalb des Formkörpers 4 auf und tritt in die Sensoröffnungen 20 ein. Bei gleichbleibender Gießgeschwindigkeit verringert sich aufgrund des sich aufweitenden Querschnitts die Steiggeschwindigkeit des Badspiegels, der den Füllstand F angibt, und gleichzeitig vergrößert sich die Fläche des Badspiegels. Dies lässt sich auf einfache Art und Weise durch einen Sensor erfassen, was nachfolgend mit Bezug auf 5 und 6 näher erläutert werden wird.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche und ähnliche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, und insofern wird vollumfänglich auf die obige Beschreibung zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen.
Der Speisereinsatz 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (2) unterscheidet sich von dem Speisereinsatz 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (1) im Wesentlichen dadurch, dass der Formkörper 4 zweiteilig ist und eine Speiserkappe 24 sowie einen diese umgebenden Mantel 26 aufweist. Während die Speiserkappe 24 das Speiservolumen 6 definiert, umschließt der Mantel 26 die Speiserkappe 24 und haust diese somit ein. Die Speiserkappe 24 ist aus einem exothermen und/oder isolierenden Material gebildet, welches durch einen meist organischen Binder (Coldbox) zusammengehalten wird. Der Mantel 26 kann anorganisch gebunden sein. Diese Ausführung bringt positive Umweltaspekte mit sich. Tritt nun flüssiges Metall durch die Speiseröffnung 14 in das Speiservolumen 6 ein, verbrennt der Binder der Speiserkappe 24, und es kann zu Rauchentwicklung kommen. Durch die Einhausung der Speiserkappe 24 mittels des Mantels 26 wird der Austritt des Rauchgases weitgehend verhindert. Daher ist es wichtig, dass der Mantel 26 möglichst die Speiserkappe 24 an seiner Außenseite 28 vollständig umschließt, während möglichst nur die das Speiservolumen 6 definierende Wandung 30 frei bleibt. Durch Verwendung einer mittels eines anorganischen Binders gebundenen Speiserkappe 24 kann die Bildung von Rauchgasen signifikant verringert werden.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel (2) sind zwei Sensoröffnungen 20 vorgesehen, die ebenfalls rotationssymmetrisch und kegelstumpfförmig ausgebildet sind. Insgesamt weisen die Sensoröffnungen 20 eine Trichterform auf. Sie erstrecken sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel vollständig sowohl durch den Mantel 26 als auch durch die Speiserkappe 24, sodass die Wandung 22 der Sensoröffnungen 20 eine einheitliche Steigung aufweist und eine durchgängige Fläche bildet. Der Querschnitt der Sensoröffnungen 20 vergrößert sich kontinuierlich vom zum Speiservolumen 6 proximalen Querschnitt bis hin zum vom Speiservolumen 6 distalen Querschnitt.
Eine weitere Besonderheit des Speisereinsatzes 1 gemäß 2 ist die Ausbildung der Dichtfläche 16. Die Dichtfläche 16 ist durch den Mantel 26 und nicht die Speiserkappe 24 gebildet, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 der Fall ist (vgl. unten). Die Speiserkappe 24 ist also auch fußseitig an der axialen Stirnfläche 25 von dem Mantel 26 umgeben.
Die Dichtfläche 16 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel drei Abschnitte auf, einen ringförmigen vorstehenden Abschnitt 17a, einen ringförmigen zurückgesetzten Abschnitt 17b und einen konisch verlaufenden die beiden Abschnitte 17a und 17b verbindenden Abschnitt 17c. Alle drei Abschnitte 17a, 17b, 17c sind konzentrisch zueinander ausgerichtet. Es ist aber ebenso bevorzugt, dass die Dichtfläche insgesamt eben ist und nur den Abschnitt 17a aufweist, oder einen der anderen Abschnitt 17b, 17c, oder eine Kombination aus zweien der drei Abschnitte 17a, 17b, 17c. Durch die Konfiguration mit den drei Abschnitten 17a, 17b, 17c lässt sich eine besonders gute Dichtwirkung erzielen.
Vorteil dieser Gestaltung ist, dass sich auf diese Weise eine besonders gute Dichtung zwischen Speisereinsatz 1 und Gießform 2 erreichen lässt. Bei der Herstellung eines zweiteiligen Speisereinsatzes 1 (2, 3 und 4) wird zunächst die Speiserkappe 24 auf einen Dorn gesetzt und dann mit dem Material für den Mantel 26 umschossen. Das Material ist in der Regel Quarzsand, wie er auch für andere Gießkerne verwendet wird. Durch die Krafteinwirkung kann es an der Speiserkappe 24 zu Verzug kommen und die axiale Stirnseite 25 verzieht sich. Hierbei sind Geometrieabweichungen von wenigen Millimetern möglich. Wird hingegen die Dichtfläche 16 erst durch das Umschießen mit dem Mantel 26 gebildet ist für die Dichtfläche eine definierte Geometrie aufgrund der Schießform gegeben und dadurch eine wesentlich höhere Fertigungsgenauigkeit bei gleichbleibenden Herstellungskosten möglich.
3 zeigt ein demgegenüber ähnliches Ausführungsbeispiel, bei dem der Speisereinsatz 1 wiederum zweiteilig ausgebildet ist. Gleiche und ähnliche Elemente sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass vollumfänglich auf die obige Beschreibung zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen Bezug genommen wird.
Das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Sensoröffnung 20 zwei Abschnitte 32, 34 aufweist, die koaxial zueinander entlang der Zentralachse S ausgerichtet sind. Der Querschnitt bzw. die Querschnittsfläche der Sensoröffnungen 20 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel (3) weitet sich nicht kontinuierlich auf, sondern verläuft im Abschnitt 32 der Sensoröffnung 20, der in der Speiserkappe 24 ausgebildet ist, konstant. Der Abschnitt 32 ist im Wesentlichen zylindrisch und durchdringt den Deckelabschnitt 12 der Speiserkappe 24. Daran schließt sich unmittelbar der Abschnitt 34 an, der trichterförmig mit einem sich kontinuierlich aufweitenden Querschnitt ausgebildet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das flüssige Metall, welches durch die Sensoröffnung 20 emporsteigt, keine verlängerte Verweildauer in dem Abschnitt 32 hat, sondern der Badspiegel in dem Abschnitt 34 zum Ruhen kommt und nicht weiter ansteigt. Dies ist bevorzugt im Hinblick auf die Rauchentwicklung beim Verbrennen des Binders der Speiserkappe 24.
Wie aber aus 3 ersichtlich, gehen die beiden Abschnitte 32, 34 in einem glatten Übergang ineinander über, und es ist kein Absatz zwischen dem Abschnitt 32 und 34 vorgesehen. Vielmehr entspricht der zum Speiservolumen 6 proximale Querschnitt des Abschnitts 34 demjenigen Querschnitt des Abschnitts 32, der zum Speiservolumen 6 distal ist.
Der Speisereinsatz 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel (4) ist insgesamt dreiteilig ausgebildet. Der Formkörper 4 weist wiederum einen Speiserkern 24 sowie einen Mantel 26 auf, der den Speiserkern 24 an seiner Außenfläche 28 vollständig umgibt. Im Unterschied zu den ersten Ausführungsbeispielen (1 bis 3) ist nur eine Sensoröffnung 20 vorgesehen, diese ist identisch zu den Sensoröffnungen 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (2) ausgebildet. Auf der Wandung 30 ist im Bereich des Deckelabschnitts 12 ein Williamskern 36 eingesetzt. Der Williamskern 36 weist einen Durchlass 38 auf, durch den flüssiges Metall von dem Speiservolumen 6 in die Sensoröffnung 20 eintreten kann.
5 zeigt schematisch eine Speiseranordnung 100 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Ein Speisereinsatz 1 ist an einer Gießform 2 angebracht, und flüssiges Metall ist bereits in das Speiservolumen des Speisereinsatzes 1 eingedrungen. Es soll verstanden werden, dass der Speisereinsatz 1 gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet sein kann, vorzugsweise ausgebildet ist. Insofern wird vollumfänglich auf die obige Beschreibung Bezug genommen.
Oberhalb des Speisereinsatzes 1 ist eine Sensoreinheit 102 angeordnet, die wenigstens einen Sensor 104 zum Erfassen des Füllstands F von flüssigem Metall in der Sensoröffnung 20 aufweist. Schematisch ist der Füllstand F in der 5 so gezeigt, dass er ungefähr auf der axialen Hälfte der Sensoröffnung 20 ist. Der Sensor 104 ist bevorzugt als Kamera ausgebildet, und die Sensoreinheit 102 ist bevorzugt mit einer Steuereinheit 106 verbunden, die ein von dem Sensor 104 der Sensoreinheit 102 erzeugtes Signal auswertet. Die Steuereinheit 106 ist dazu vorgesehen zu prüfen, ob der Füllstand F, der durch die Sensoreinheit 102 erfasst wurde, einen vorbestimmten Füllstandsschwellwert erreicht und überschritten hat. Dazu ist die Steuereinheit 106 vorzugsweise mit entsprechender Bilderkennungs-Software ausgestattet. Die Steuereinheit 106 kann dann in Abhängigkeit von dem Ergebnis ein Füllstandssignal ausgeben, welches einerseits in ein Warnsignal gewandelt werden kann und/oder an eine zentrale Steuereinheit einer Gießanlage gegeben werden kann, zum Stoppen des Gießvorgangs. Alternativ ist die Sensoreinheit 102 mit einem Monitor verbunden, und ein Bediener überprüft optisch das von dem Sensor 104, wenn dieser als Kamera ausgebildet ist, erfasste Bild der Sensoröffnung 20 des Speisereinsatzes 1. Wenn der Bediener visuell feststellt, dass der Füllstand F einen vorbestimmten Füllstandsschwellwert erreicht und/oder überschritten hat, kann der Bediener manuell den Gießprozess beenden.
In 5 ist die Sensoreinheit 102 ortsfest gezeigt. Die Gießform 2 sowie der daran angeordnete Speisereinsatz 1 werden entsprechend unterhalb der Sensoreinheit 102 angeordnet. Ist der Gießprozess abgeschlossen, wird die Gießform 2 samt des Speisereinsatzes 1 entfernt und durch eine neue Gießform ersetzt. Die Sensoreinheit 102 kann dann in Verbindung mit der neuen Gießform verwendet werden.
In Einklang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 zeigt 6 einen Ausschnitt aus der Anordnung 100, wobei in der Ausführungsform gemäß 6 die Sensoreinheit 102 einen Temperatursensor 105 aufweist. Der Temperatursensor 105 kann beispielsweise als herkömmliches Thermopile ausgebildet sein. Der Temperatursensor 105 ist so angeordnet, dass er schräg zu der Zentralachse S der Sensoröffnung 20 ausgerichtet ist und im Wesentlichen senkrecht zu einem Abschnitt der Wand 22 der Sensoröffnung 20. Die erfindungsgemäße Vergrößerung der Sensoröffnung 20 nach außen hin ermöglicht diese Anordnung des Sensors 105. Der Temperatursensor 104 ist dazu vorgesehen, die Temperatur an einem vordefinierten Messpunkt M an der Wand 22 zu messen. Wenn der Badspiegel F nah an diesen Messpunkt M ansteigt, steigt die Temperatur an diesem Punkt M stark an. Hierdurch kann der Füllstand erfasst werden.
7 zeigt schematisch ein Verfahren 200 zur Herstellung eines Gussprodukts. Das Verfahren 200 beginnt zunächst mit dem Schritt Bereitstellen oder Herstellen 202 einer Gießform 2. Die Gießform 2 ist vorzugsweise eine vertikal und horizontal geteilte Gießform 2, die dazu vorgesehen ist, in einer mechanisierten und automatisierten Gießanlage verwendet zu werden. Sobald diese Gießform 2 bereitgestellt oder hergestellt ist oder auch teilweise gleichzeitig, wird ein Speisereinsatz 1 in Schritt 204 an der Gießform 2 angeordnet. Der Speisereinsatz 1 ist bevorzugt gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele in den 1 bis 4 ausgebildet und Teil einer Anordnung, wie sie in 5 beschrieben wurde. Es ist nicht erforderlich, dass der Speisereinsatz 1 dabei unterhalb der Sensoreinheit 102 angeordnet wird, vielmehr ist es ausreichend, wenn zunächst der Speisereinsatz 1 an der Gießform 2 befestigt wird und anschließend die Gießform 2 zusammen mit dem Speisereinsatz 1 benachbart zu der Sensoreinheit 102 so angeordnet wird, dass die Sensoreinheit 102 den Speisereinsatz 1 und insbesondere die Sensoröffnung 20 erfassen kann. Wird hingegen ein berührender Sensor eingesetzt, wird dieser vorzugsweise zusammen mit dem Speisereinsatz an der Gießform 2 befestigt.
Anschließend kann der Gießprozess gestartet werden und flüssiges Metall in Schritt 206 eingegossen werden. Die Gießform 2 füllt sich dabei nach und nach, und zuvor in der Gießform 2 befindliche Luft wird verdrängt. Nachdem die Gießform 2 gefüllt ist, steigt flüssiges Metall in das Speiservolumen 6 durch die Speiseröffnung 14 ein. Das Speiservolumen 6 ist so dimensioniert, dass das darin vorgehaltene flüssige Metall ein Schrumpfen des Gießprodukts ausgleichen kann. Ist auch das Speiservolumen 6 gefüllt, tritt flüssiges Metall, wie oben beschrieben, in die Sensoröffnung 20 ein. Damit kommt flüssiges Metall in den Sichtbereich der Sensoreinheit 102, und die Sensoreinheit 102 kann den Füllstand F in der Sensoröffnung 20 erfassen. Dies erfolgt in Schritt 208. Schritt 208 wird daher teilweise gleichzeitig mit Schritt 206 ausgeführt.
In dem folgenden Schritt 210 wird dann überprüft, ob der erfasste Füllstand F einen vorbestimmten Füllstandsschwellwert erreicht und/oder überschritten hat. Ist dies nicht der Fall, wird Schritt 208 weiter ausgeführt und der Füllstand F weiter erfasst. Schritte 208 und 210 werden dementsprechend gleichzeitig oder zumindest sequentiell hintereinander in kurzen Zeitabständen, beispielsweise 0,5 sec. oder 1 sec. ausgeführt.
Wird in Schritt 210 bestimmt, dass der vorbestimmte Füllstandsschwellwert erreicht und/oder überschritten wurde, wird im Folgenden das Eingießen gestoppt 212. Dies kann manuell oder automatisiert erfolgen. Gleichzeitig und optional wird ein Füllstandssignal ausgegeben 214, welches einerseits an eine zentrale Steuereinheit der Gießanlage weiteregegeben werden kann, sodass Schritt 212 automatisiert erfolgt und/oder zu einem Warnsignal führt, welches optisch und/oder akustisch sein kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202010012663 [0006]

Claims

Speisereinsatz (1) zur Verwendung beim Gießen von Metallen in einer Gießform (2), mit einem Formkörper (4), der eine ein Speiservolumen (6) definierende Wand (8) aufweist, wobei das Speiservolumen (6) vorgesehen ist, aus der Gießform (2) austretendes flüssiges Metall aufzunehmen, und wobei die Wand (8) eine Speiseröffnung (14) zum Anschluss an die Gießform (2) aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens eine in der Wand (8) angeordnete Sensoröffnung (20) zum Detektieren eines Füllstands (F) des Speisereinsatzes (1), wobei die Sensoröffnung (20) einen sich vom Speiservolumen (6) nach außen hin vergrößernden Querschnitt aufweist.
Speisereinsatz nach Anspruch 1, wobei die Sensoröffnung (20) derart angeordnet ist, dass eine Zentralachse (S) der Sensoröffnung (20) bei der Verwendung des Speisereinsatzes (1) im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist.
Speisereinsatz nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensoröffnung (20) derart angeordnet ist, dass sich diese bei der Verwendung des Speisereinsatzes (1) unmittelbar an einen zu füllenden Teil des Speiservolumens (6) anschließt.
Speisereinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend eine Lüftungsöffnung, die das Speiservolumen (6) mit einer Umgebung verbindet, wobei ein Einlass der Lüftungsöffnung bei der Verwendung des Speisereinsatzes (1) oberhalb eines Einlasses der Sensoröffnung (20) liegt.
Speisereinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoröffnung (20) einen sich kontinuierlich nach außen hin vergrößernden Querschnitt aufweist.
Speisereinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoröffnung (20) trichterförmig ausgebildet ist.
Speisereinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Winkel (α) zwischen der Zentralachse (S) und einer Wand (22) der Sensoröffnung (20) in einem Bereich von 20° bis 70°, bevorzugt 30° bis 60°, besonders bevorzugt 40° bis 50° liegt.
Speisereinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einer zum Speiservolumen (6) distalen Querschnittsfläche und einer zum Speiservolumen (6) proximalen Querschnittsfläche der Sensoröffnung 2 oder mehr beträgt, bevorzugt in einem Bereich von 2 bis 30, weiter bevorzugt 4 bis 30, besonders bevorzugt 9 bis 16 liegt.
Speisereinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Speisereinsatz (1) als zwei- oder mehrteiliger Speisereinsatz ausgebildet ist, wobei der Formkörper (4) eine innere Speiserkappe (24) und einen diese umgebenden Mantel (26) aufweist.
Speisereinsatz nach Anspruch 9, ferner aufweisend eine die Speiseröffnung (14) umgebende Dichtfläche (16) zum dichtenden Anschluss des Speisereinsatzes an die Gießform (2), wobei die Dichtfläche (16) durch den Mantel (26) gebildet ist.
Speisereinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wand (8) wenigstens einen Seitenwandabschnitt (10) und einen Deckelabschnitt (12) umfasst, und die Sensoröffnung (20) in dem Deckelabschnitt (12) ausgebildet ist.
Speisereinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Formkörper (4) wenigstens abschnittsweise aus einem exothermen und/oder isolierenden Material gebildet ist.
Speisereinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei an der Sensoröffnung (20) eine Aufnahme für einen Sensor angeordnet ist.
Speisereinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoröffnung (20) im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist.
Speiser-Anordnung (100) zur Verwendung beim Gießen von Metallen in einer Gießform (2), mit wenigstens einem Speisereinsatz (1) mit einem Formkörper (4), der eine ein Speiservolumen (6) definierende Wand (8) aufweist, wobei das Speiservolumen (6) vorgesehen ist, aus der Gießform (2) austretendes flüssiges Metall aufzunehmen, und wobei die Wand (8) eine Speiseröffnung (14) zum Anschluss an die Gießform (2) und eine Sensoröffnung (20) zum Erfassen eines Füllstands (F) des Speisereinsatzes (1) aufweist, wobei die Anordnung eine Sensoreinheit (102) aufweist, die dazu vorgesehen ist einen Füllstand (F) flüssigen Metalls in der Sensoröffnung (20) zu erfassen.
Speiser-Anordnung nach Anspruch 15, wobei die Sensoreinheit (102) eine Kamera (104) aufweist.
Speiser-Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Sensoreinheit (102) einen Abstandssensor aufweist, der einen Abstand zu der Flüssigkeitsoberfläche in der Sensoröffnung (20) erfasst.
Speiser-Anordnung nach Anspruch 15, 16 oder 17, wobei die Sensoreinheit (102) einen Temperatursensor (105) aufweist, der die Temperatur an einer vorbestimmten Position (M) in der Sensoröffnung (20) erfasst.
Speiser-Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Sensoreinheit (102) einen Reflexionssensor aufweist, der optisch die Präsenz von flüssigem Metall an einer vorbestimmten Position in der Sensoröffnung (20) erfasst.
Speiser-Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Sensoreinheit (102) einen Widerstandssensor aufweist, der in der Sensoröffnung (20) angeordnet ist und einen elektrischen Widerstand erfasst.
Speiser-Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die Sensoreinheit (102) einen pyrotechnischen Sensor aufweist, der in der Sensoröffnung (20) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist bei Kontakt mit flüssigem Metall ein Leuchtsignal zu erzeugen.
Speiser-Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, mit einer mit der Sensoreinheit (102) verbundenen Steuereinheit (106), die dazu vorgesehen ist ein Signal der Sensoreinheit (102) zu empfangen und bei Erreichen und/oder Überschreiten eines vorbestimmten Füllstandschwellwerts ein entsprechendes Füllstandsignal auszugeben.
Verwendung eines Speisereinsatzes (1) beim Gießen von Metallen in einer Gießform (2) in einer Speiser-Anordnung (100) nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei der Speisereinsatzes (1) einen Formkörper (4) aufweist, der eine ein Speiservolumen (6) definierende Wand (8) aufweist, wobei das Speiservolumen (6) vorgesehen ist, aus der Gießform (2) austretendes flüssiges Metall aufzunehmen, und wobei die Wand (8) eine Speiseröffnung (14) zum Anschluss an die Gießform (1) und eine Sensoröffnung (20) zum Detektieren eines Füllstands (F) des Speisereinsatzes (1) aufweist.
Verfahren (200) zur Herstellung eines Gussprodukts, mit den Schritten: – Bereitstellen oder Herstellen (202) einer Gießform (2); – Anordnen (204) eines Speisereinsatzes (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, insbesondere einer Speiser-Anordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 22, an der Gießform (2); – Eingießen (206) von flüssigem Metall, derart, dass das flüssige Metall in die Sensoröffnung (20) des Speisereinsatzes (1) eintritt; – Erfassen (208) eines Füllstands (F) flüssigen Metalls in der Sensoröffnung (20); – Bestimmen (210), ob ein vorbestimmter Füllstandschwellwert erreicht oder überschritten wurde; und – Stoppen (212) des Eingießens (206).
Verfahren nach Anspruch 24, umfassend den Schritt: – Ausgeben (214) eines Füllstandsignals bei Erreichen und/oder Überschreiten des vorbestimmten Füllstandschwellwertes.