DE10324247A1 - Metal casting plant and process - Google Patents
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Abstract
Erfindungsgemäß wird bei einer Niederdruckbefüllung einer Gießform ein füllstandsabhängig vorgegebener, auf die jeweils vorhandene Wandstärke und Querschnittsfläche des Gussteils abgestimmter Füllgeschwindigkeitsverlauf in Echtzeit und mit hoher Genauigkeit dadurch nachgefahren, dass der Ofendruck durch einen Regelkreis einschließlich eines opto-elektronischen Füllstandssensors einerseits und hierzu alternierend bei einer Störung des Sensorsignals durch ein zeitliches, in der Regelphase des Regelkreises laufend aktualisiertes Rechenmodell andererseits selbsttätig einreguliert wird, und dadurch die Gussteilqualität erheblich verbessert.According to the invention, in the case of low-pressure filling of a casting mold, a filling-speed profile, which is predetermined as a function of the filling level and is matched to the respective wall thickness and cross-sectional area of the casting, is tracked in real time and with high accuracy in that the furnace pressure is controlled by a control circuit including an opto-electronic filling level sensor and alternately in the event of a fault the sensor signal is automatically adjusted on the other hand by a temporally updated computing model that is continuously updated in the control phase of the control loop, and the casting quality is thereby considerably improved.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Metallgießanlage, und insbesondere auf eine Niederdruck-Gießanlage, sowie auf ein Metallgießverfahren, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 7.The The invention relates to a metal casting installation, and in particular to a low pressure casting machine, as well as a metal casting process, 7 according to the preamble of claim 1.
In Verbindung mit dem Schwerkraft-Gießverfahren ist es bekannt, die Füllstandshöhe der Gießrinne mit Hilfe eines Laser-Abstandssensors zu messen. Dabei kommt es jedoch aufgrund von unkontrollierten Badbewegungen, Streueffekten des Schmelzespiegels oder anderen Störeffekten zu erheblichen Messfehlern, so dass eine solche opto-elektronische Füllstandsmessung zur kontinuierlichen Regulierung des Schmelzezustroms zur Gießform ungeeignet ist.In Connection with the gravity casting process it is known the fill level of the trough with To measure using a laser distance sensor. But it does happen due to uncontrolled bath movements, scattering effects of the melt level or other disturbing effects considerable measurement errors, so that such an opto-electronic level measurement unsuitable for the continuous regulation of the melt flow to the casting mold is.
Ferner ist aus der JP-A-08281414 ein Verfahren zur Steuerung des Schmelzezustroms zu einer Druckgussform bekannt, bei dem der jeweilige Schmelzezustrom zur Gießform unter Zugrundelegung einer konstanten Füllgeschwindigkeit aus gespeicherten Querschnittsdaten der Formkavität vorausberechnet und dann zeitgesteuert mit Hilfe einer die Gießform befüllenden Schmelzepumpe reguliert wird. Bei einer derartigen Steuerung bleiben jedoch Dichte- oder Viskositätsschwankungen, verursacht durch eine ungleichförmige Temperaturverteilung in der Gießform, sowie Querschnittstoleranzen der Formkavität oder andere Störwirkungen unberücksichtigt, so dass es zu deutlichen Abweichungen von der vorgegebenen Füllgeschwindigkeit und dementsprechend Qualitätseinbußen des auf diese Weise hergestellten Gussteils kommen kann.Further is a method for controlling the melt flow from JP-A-08281414 known to a die, in which the respective melt inflow to the mold based on a constant filling speed from stored Cross-sectional data of the mold cavity calculated in advance and then time-controlled with the help of a filling the mold Melt pump is regulated. Stay with such a control however density or Viscosity variations, caused by a non-uniform Temperature distribution in the mold, as well as cross-sectional tolerances of the mold cavity or other disturbing effects disregarded so that there are significant deviations from the specified filling speed and accordingly the quality of the cast part produced in this way can come.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Metallgießanlage und ein Metallgießverfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine weitgehend beliebig vorgegebene, also nicht nur konstante Füllgeschwindigkeit der Gießform mit hoher Genauigkeit eingehalten wird.task The invention is a metal casting plant and a metal casting process of the type mentioned in such a way that a largely any predetermined, not just constant filling speed of the mold with high accuracy is maintained.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Metallgießanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.This The object is achieved by a Metallgießanlage with the features of claim 1 or a method with the Features of claim 7 solved.
Erfindungsgemäß wird der Schmelzezustrom zur Gießform vorrangig durch einen Regelkreis mit einer vorgegebenen Füllgeschwindigkeit als Führungswert und einer opto-elektronischen Füllstandsabtastung als Messwert einreguliert, gleichzeitig aber eine vorprogrammierte Füllstandssteuerung in Bereitschaft mitgeführt, die in einer Rechenstufe den zeitlichen Verlauf des Schmelzezustroms auf der Grundlage der vorgegebenen Füllgeschwindigkeit und von CAD-gestützten Querschnittsdaten der Formkavität vorausberechnet und auf die immer dann zurückgegriffen wird, wenn der Regelkreis aufgrund einer prozessbedingt unvermeidbaren Störung der optischen Füllstandsmessung, etwa einer Rauchentwicklung durch Kerngase, fehlerhaft arbeitet. Auf diese Weise werden die systemimmanenten Fehlerquellen der opto-elektronischen Regelung einerseits und der programmgeführten Füllstandssteuerung andererseits wechselweise eliminiert und sichergestellt, dass der Füllprozess selbsttätig und exakt mit einer im Hinblick auf eine hohe Gussteilqualität vorgegebenen Füllgeschwindigkeit abläuft. Dabei können die von der Rechenstufe ermittelten Steuerwerte über eine entsprechende Signalleitung ständig durch die aktuellen Regelkreiswerte nachkorrigiert werden, solange die opto-elektronische Abtastung stabil arbeitet, und so die CAD-gestützte Füllstandssteuerung nochmals deutlich verbessert werden.According to the Melt inflow to the mold primarily through a control loop with a specified filling speed as a leader and an opto-electronic fill level sensor regulated as a measured value, but at the same time a preprogrammed one Level control in Willingness, the course of the melt flow over time in one calculation stage based on the specified filling speed and CAD-supported cross-sectional data the mold cavity calculated in advance and which is always used when the Control loop due to a process-related inevitable disturbance of the optical level measurement, such as smoke development due to core gases. In this way, the system-inherent sources of error of the opto-electronic Regulation on the one hand and program-controlled level control on the other alternately eliminated and ensured that the filling process automatic and exactly with a given with regard to a high casting quality Filling speed expires. You can the control values determined by the computing stage via a corresponding signal line constantly can be corrected by the current control loop values as long as the opto-electronic scanning works stably, and so does the CAD-based level control again be significantly improved.
Als für eine Echtzeitregulierung des Füllprozesses besonders günstige, weil leicht zu detektierende Messsignal-Stabilitätsgrenze wird vorzugsweise eine vorgegebene Schwankungsbreite des Messsignals und/oder eine sprunghafte, die Regelcharakteristik des Regelkreises überschreitende Abweichung zwischen dem gemessenen und dem vorgegebenen Füllgeschwindigkeitswert gewählt.As for one Real-time regulation of the filling process particularly cheap, because easily detectable measurement signal stability limit is preferred a predetermined fluctuation range of the measurement signal and / or a erratic, exceeding the control characteristics of the control loop Deviation between the measured and the specified filling speed value selected.
Die Vorteile der Erfindung zeigen sich besonders deutlich, wenn, wie bevorzugt, die Gießform im Niederdruckverfahren über ein in das Schmelzebad eines druckregulierbaren Schmelzeofens eintauchendes Steigrohr befüllt wird. In diesem Fall wird der Anstieg des Ofendrucks über einen Druckregelkreis unterhalb der Messsignal-Stabilitätsgrenze unmittelbar als Funktion der Regelabweichung zwischen gemessenem und vorgegebenem Füllgeschwindigkeitswert und oberhalb der Stabilitätsgrenze nach Maßgabe eines von der Rechenstufe unter Einbeziehung der sich während des Füllvorgangs ändernden Füllstandsdifferenz zwischen Schmelzeofen und Gießform ermittelten Steuersignals einreguliert.The Advantages of the invention are particularly evident when, how preferred, the mold in the low pressure process an immersion in the melt bath of a pressure-adjustable melting furnace Riser pipe filled becomes. In this case, the increase in furnace pressure is over one Pressure control loop below the measurement signal stability limit directly as a function of the control deviation between the measured and predetermined filling speed value and above the stability limit in accordance with one from the arithmetic stage, taking into account the Filling process changing level difference between the melting furnace and the mold determined control signal adjusted.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:The The invention will now be described using an exemplary embodiment with the drawings closer explained. They show in a highly schematic representation:
Erzeugt
wird das Druckstellsignal von einem kombinierten Regel- und Steuersystem,
und zwar vorrangig durch dessen Regelkreis
Die
Messeinrichtung des Regelkreises
Die
Messsignal-Stabilitätsgrenze
ist durch zwei Schwellwertdetektoren
Hauptbestandteil
der Steuerung
Die
Berechnung erfolgt aufgrund der Ausgangswerte ho,
hso und po zu Beginn
des Füllvorgangs und
wird anhand der
In
der nunmehr beginnenden Steuerphase wird der Füllprozess mit den so korrigierten
Rechenwerten fortgesetzt, der Ofendruck p also von der Rechenstufe
Durch
die beschriebene, in Echtzeit ablaufende Niederdruckbefüllung mit
einem die aktuelle Füllhöhe erfassenden
Regelkreis
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