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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Wartung von
Druckgießformen
für Nichteisen-Metallguss
bestehend aus Formenrahmen, Formeneinsätzen, Kernschiebern und Auswerfern.
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Die
Druckgießformen
dieser Art werden gegenwärtig
für die
Herstellung sehr großer
Stückzahlen
von Werkstücken
eingesetzt, die zuverlässig
eine sehr hohe Präzision
besitzen müssen.
Es ist daher von besonderer Bedeutung und notwendig, dass man in
der Lage ist, die Druckgießvorrichtung
hinsichtlich ihrer noch verfügbaren
Lebensdauer, ihrer Betriebssicherheit, ihrer Gebrauchswerte und
hinsichtlich zu erwartender Ausfälle
oder Gefahren zu überwachen,
so dass ein vorbeugender Wechsel der Gießvorrichtung oder eine vorbeugende
Instandsetzung der Druckgießvorrichtung
erfolgen kann.
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Durch
die
DE 43 10 332 A1 ist
es u. a. bekannt, für
die Steuerung der Druckgießmaschine
an der Druckgießform
mittels Sensoren Parameter abzunehmen, zu verarbeiten und anhand
der Auswerteergebnisse optimierte Gießparameter zu ermitteln. An
der Druckgießform
werden insbesondere solche Messwerte abgenommen, die unmittelbar
von der Druckgießmaschine
beeinflusst werden können.
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Das
sind besonders Daten zur Temperatur im Eingussbereich, Daten zur
Steuerung von Temperierungsvorrichtungen sowie Daten zu Gießgasen und
Daten zu Strömungsgeschwindigkeiten
im Eingussbereich.
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Mit
dieser Vorrichtung kann man die aktuelle Arbeitsweise des Druckgießprozesses
kontrollieren und ggf. mit Hilfe von veränderlichen, maschinentechnischen
Parametern nach den Prinzipien der Regelung beeinflussen. Ein weiteres
Ziel der Überwachung
bestimmter Parameter an der Gießform
ist die Kontrolle der Qualität
der Werkstücke.
Es geht darum fehlerhafte Werkstücke
auszusondern.
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Zeigen
die Sensoren Fehlfunktionen an, ist zudem vorort manuell zu untersuchen,
ob die Fehler durch die Druckgießmaschine oder durch die Druckgießform verursacht
wurden. Der Zustand der Druckgießform kann mit derartigen Sensoren
und mit einer solchen Auswertung der Messergebnisse nicht erfasst
und dokumentiert werden.
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Durch
die
DE 100 59 539
A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen
und Verwalten von Produkten (Blutkonserven) vorgeschlagen worden.
Dem Produkt werden ein speichernder Transponder und zusätzlich unterschiedliche
Sensoren zugeordnet. Diese Sensoren erfassen bestimmte Parameter
des Produktes, die in den Transponder eingeschrieben werden. Mit
Hilfe von Lesegeräten
können
diese Messergebnisse abgerufen werden. Es sind auch Mittel vorgesehen,
die gemessenen Daten mit vorgegebenen Werten zu vergleichen. Abweichungen
einer bestimmbaren Größe werden
an eine Sende- und
Empfangsvorrichtung übertragen
und von dort einer externen Auswertevorrichtung zugeleitet.
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Die
in diesem Zusammenhang beschriebenen Produkte sind – wie bereits
erwähnt – Erzeugnisse
der Lebensmittelindustrie oder Produkte der Pharmazie und Medizin.
Dieses Dokument vermag daher keinen Hinweis zu geben, wie Druckgießvorrichtungen über einen
Zeitraum von mehreren Jahren oder über eine sehr große Zahl
von Arbeitszyklen unter extremsten Bedingungen überwacht und verwaltet werden
können.
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Die
DE 100 59 129 A1 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer mobilen Maschine
hinsichtlich ihrer Position und ihres Betriebszustandes. Die mobile
Maschine ist zu diesem Zweck mit Sensoren ausgestattet. Beim Überschreiten
von Grenzwerten wird eine Kommunikationsvorrichtung aktiviert und
ein Alarm an eine zentrale Auswerteeinheit oder Person gegeben.
Man will damit Diebstähle
oder eine unerlaubte Benutzung der mobilen Maschine ermitteln. Auch
eine solche Anordnung und Verfahrensweise ist nicht für die Überwachung
einer Druckgießform
hinsichtlich von Lebenserwartung, Betriebsverhalten und sich anbahnender
Gefahren geeignet.
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Schließlich wird
durch die
DE 199 50
215 C2 ein Verfahren zur Zustands-, Verschleiß- und Bruchüberwachung
eines bewegten Maschinenteiles beschrieben. Zur Überwachung dieses Maschinenteiles werden
Schallabnehmer vorgeschlagen, denen ein piezoelektrischer Wandler
zugeordnet ist. Der Wandler ist mit einer Antenne und einer Sendeelektronik ausgestattet.
Mit dieser Anordnung und Verfahrensweise können lediglich Parameter erfasst
werden, die durch Schallwellen erzeugt und dokumentiert werden können. Ein
solches Verfahren eignet sich nicht allein zur Überwachung von Druckgießformen im
oben dargestellten Sinne.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur langfristigen Überwachung
von Druckgießformen
vorzuschlagen, das geeignet ist, die noch verfügbare Lebenserwartung, die
Betriebssicherheit und entstehende Gefahrenzustände sowie den Verschleiß automatisch
anzuzeigen und/oder auf Abruf bewertbar darzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe besteht darin, eine Druckgießform vorzuschlagen, die die
Durchführung des
Verfahrens auf rationelle Weise ermöglicht.
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Der
erste Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1
zuverlässig
gelöst.
Mit der zyklischen dynamischen Überwachung
der Temperatur an unterschiedlichen Positionen des Druckgießkörpers und
mit der zyklischen dynamischen Überwachung
des Kräfteverlaufes
und der Kraftverteilung beim Gießprozess an gefährdeten
Positionen der Druckgießform
sowie an den Antrieben mechanischer Steuerelemente und an den Auswerfern
sind Veränderungen
an der Form sehr frühzeitig
erkennbar.
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Anhand
von Erfahrungswerten – die
in Software-Programme integriert sind – können die Lebensdauer, die Betriebssicherheit
und evtl. Gefahrenquellen frühzeitig
festgestellt werden. Im Falle dar Feststellung einer Gefahrensituation
für die
Betriebssicherheit und oder für
die Qualität
der zu gießenden Werkstücke kann
eine automatische Information oder Alarmierung erfolgen.
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Für eine planmäßige Überwachung
werden die Messwerte oder Messverläufe unmittelbar an der Druckgießform gespeichert,
ausgewertet und die Auswerteergebnisse abrufbar bereitgehalten.
Weitere Daten werden entweder zyklisch oder sporadisch erfasst und
stehen für
Wartungs- oder Entscheidungsvorgänge
abrufbar bereit.
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Zusätzliche
Parameter, die den Zustand der Druckgießvorrichtung weiter präzisieren,
können
mit den Elementen des Anspruches 2 ermittelt werden.
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Mit
der Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit
und des Druckes in Temperierungskreisläufen nach Anspruch 3 kann man
sowohl die Mittel zur Erhaltung und Erhöhung der Schmelztemperatur
als auch die Mittel zur Gestaltung des Abkühlprozesses des Werkstückes oder
bestimmter Vorrichtungsteile zusätzlich überwachen.
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Die
unmittelbare Überwachung
der Temperatur der Schmelze – nach
Anspruch 4 – kann
die Daten zu den Temperaturen des Druckgießformkörpers präzisieren.
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Notwendig
ist es jedoch hierfür,
entsprechende Sensoren bereitzustellen, die der hohen Temperatur
der Schmelze über
ausreichend lange Zeiträume
widerstehen.
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Die
Analyse der Druckgießvorrichtungen kann
man – gemäß Anspruch
5 – auch
durch Sensoren oder Kameras, die die Oberflächenstruktur in der Kavität der Druckgießform erfassen,
komplettieren.
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Materialermüdungen oder
feine Risse in Formenrahmen, in Formeneinsätzen, in Schiebern oder anderen
Funktionselementen sind mit den Verfahrensschritten nach Anspruch
6 erfassbar. Die regelmäßige Auswertung
dieser Messergebnisse lässt rechtzeitig
Gefahren zur Betriebssicherheit erkennen.
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Mit
der Druckgießform
nach Anspruch 7 ist das Verfahren nach Anspruch 1 auf einfache Weise realisierbar.
Die Druckgießform
wird von vornherein sowohl mit den notwendigen Sensoren als auch
mit einer Recheneinheit und mit Schnittstellen zur Eingabe von Programmen
und Grenzwerten sowie mit Schnittstellen zur Anzeige oder Weitergabe
bestimmter Auswerteergebnisse ausgestattet.
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Es
hat sich als zweckmäßig erwiesen,
die speicherprogrammierbare Recheneinheit trotz der hohen thermischen
Belastung der Druckgießform
unmittelbar an derselben anzubringen, sie thermisch zu isolieren
und sie ggf. mit einer Kühlvorrichtung
auszustatten.
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Die
Ansprüche
9 bis 16 definieren weitere zweckmäßige Gestaltungen der Druckgießform und besonders
geeingnete, verfügbare
Sensoren.
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Die
Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In den dazugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung
durch eine Druckgießvorrichtung
mit Sensoren und eine schematische Kopplung mit einer speicherprogrammierbaren
Recheneinheit und
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2 eine Druckgießform im
geöffneten
Zustand in Verbindung mit der Darstellung weiterer Überwachungselemente
für zyklische
oder sporadische Überwachungsaufgaben.
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Die
Druckgießform
besteht in an sich bekannter Weise aus zwei relativ zueinander bewegbaren
Formenrahmen 1, 2. Das sind ein erster Formenrahmen
an der Eingussseite und ein zweiter Formenrahmen an der Auswerferseite.
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Der
Formenrahmen 1 ist mit einer Eingussbüchse 11 und einem
ersten Formeneinsatz 12 versehen. Der Formeneinsatz 12 hat
nahe der Formenoberfläche 120 an
unterschiedlichen Positionen angeordnete Thermosensoren 121, 122, 123.
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Zur
Druckgießvorrichtung
gehört
weiterhin der Formenrahmen 2, der ebenfalls mit einem Formeneinsatz 21 ausgestattet
ist. Dieser Formeneinsatz hat in an sich bekannter Weise einen sog.
Verteilerzapfen 22 und ist mit einem oder mehreren Thermosensor(en) 23 ausgestattet.
Auch in der Spitze des Verteilerzapfens können Thermosensoren (nicht
gezeigt) angeordnet sein.
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Zum
gesteuerten Einbringen von Kernen ist die Druckgussform mit einem
oder mit mehreren Schiebern 3 bzw. Kernschiebern versehen.
Diese Kernschieber werden hier an dem Formenrahmen 2 geführt. Ihnen
sind Antriebsmittel, z. B. ein Kernziehzylinder 33 zugeordnet,
die über
Kupplungselemente und/oder Stößel 32 die
Schieber mit dem Kern 31 vor dem Auswerfen des Werkstückes in
eine unwirksame Lage zurückziehen.
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Die
Formenrahmen 1, 2 sind weiter mit Führungsbolzen 13 und
entsprechenden Bohrungen im Gegenstück zur Sicherung der gegenseitigen
Position beim Schließ-
und Gießvorgang
ausgestattet.
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Innerhalb
des Auswerferkastens 4 ist eine Auswerferplatte 42 mit
Auswerfern 41 angeordnet. Der Auswerferplatte 42 sind
Antriebe (nicht dargestellt) ähnlich
dem Kernziehzylinder 33 zugeordnet. Die Auswerferplatte 42 kann
zudem mit sog. Rückstoßern 43 versehen
sein, deren Bewegung und Überwachung
für den
Gießprozess
ebenfalls wesentlich sind.
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Im
Bereich der Auswerferplatte 42 mündet im Auswerferkasten 4 auch
die Entlüftung 6,
die Gießgase
aus dem Formenhohlraum abführt.
Diese Gase kann man mittels eines Sensors 61 hinsichtlich
ihres Druckes und ihrer Strömungsgeschwindigkeit überwachen.
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Alle
bewegten Teile – der
Stößel 32,
der Auswerfer 41, der Rückstoßer 43 und
weitere Teile – sind mit
Kraftsensoren 34, 431, 411 ausgestattet.
Diese Kraftsensoren sind in der Lage, Schwergängigkeit oder Blockierungen
zu erfassen. Sie sind über
Leitungen und über
einen BUS 81 mit der speicherprogrammierbaren Recheneinheit 8 verbunden.
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Letzteres
trifft auch für
die Druck- oder Strömungssensoren 61 an
der Entlüftungsvorrichtung 6 zu.
In gleicher Weise sind die Thermosensoren 121, 122, 123 und 23 mit
dem BUS 81 der Druckgießform verbunden. Über diese
Leitungen können
diese Sensoren durch Steuersignale der Recheneinheit 8 aktiviert
werden. Andererseits werden über
die Leitungen die digitalisierten Daten der Messwerte zunächst zum
BUS 81 und von dort zur speicherprogrammierten Recheneinheit 8 übertragen.
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Die
Messwerte werden zunächst
in einem Arbeitsspeicher 82 in Abhängigkeit von einem Zeitraster
gespeichert und für
eine Auswertung durch die Recheneinheit 83 verfügbar gehalten.
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Die
nach unterschiedlichen Programmen in der Recheneinheit 83 ermittelten
Auswerteergebnisse werden in einem weiteren Speicher 84 mit
Datenbanken abrufbar bereitgehalten.
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Die
Auswerteergebnisse können
entsprechend vorgegebener Programme über eine Ein- und Ausgabeeinheit 85 wahlweise
weiteren Ausgabevorrichtungen oder Verwaltunssystemen zugestellt
werden. Solche Vorrichtungen oder Systeme können sein: ein Notebook 86,
eine zentrale Rechenstation 87 oder eine Sende- und Empfangsstation 88,
die ihrerseits mit einer zentralen Recheneinheit 87 auf
dem Funkweg verbunden sein kann.
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Zur
weiteren Überwachung
der Vorrichtung kann es notwendig sein, die Oberfläche 120 der
Formeneinsätze 12, 21 im
Bereich des Formenhohlraumes zu inspizieren. Dies erfolgt gemäß 2 mit Hilfe von Kameras 71, 72.
Diese Kameras 71, 72 sind hochauflösende Kameras,
die feinste Unregelmäßigkeiten
an der Oberfläche 120 der
Formeneinsätze
erfassen können.
Auch diese erfassten Bilder lassen sich digital auswerten und entsprechenden
Vergleichsparametern gegenüberstellen.
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In
der 2 ist auch eine
Temperiervorrichtung angedeutet, die hier als Kühlvorrichtung 5 für den Formeneinsatz 21 ausgebildet
und eingesetzt ist. Der über
den Kühler 51 ausgeführte Temperiervorgang
wird hier mittels Strömungs-
oder Drucksensoren 52 erfasst und die Messwerte ebenfalls
der speicherprogrammiertbaren Recheneinheit 8 zugeführt. Im
gleichen Sinn kann auch eine Heiz- oder Temperiervorrichtung für die zugeführte Schmelze überwacht
bzw. kontrolliert werden.
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Die
komplizierte Form einiger Werkstücke kann
auch zur Gestaltung von Formeneinsätzen führen, an denen durch Druck-
und Temperaturdifferenzen bestimmte, meist abschnittsweise dünnwandigere
Teile der Formeneinsätze 12, 21 einer
besonderen Belastung ausgesetzt sind. In solchen Bereichen sollten
Kraftsensoren oder Dehnungsaufnehmer an den Formeneinsätzen 12/21 angebracht
und mit der Recheneinheit 8 verbunden werden. Abweichungen der
Messwerte von den Normalwerten signalisieren rechtzeitig Gefahren
hinsichtlich Betriebssicherheit und Qualität der Werkstücke.
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Nicht
dargestellt ist eine akustische Überwachungsvorrichtung.
Bei einer solchen Überwachungsvorrichtung
werden an einer Seite der Druckgießform entsprechende Schallquellen
angebracht. An anderen Stellen der Druckgießvorrichtung werden hochempfindliche
Schallaufnehmer oder Schwingungsaufnehmer angebracht. Auch diese
Schwingungsaufnehmer sind mit der Recheneinheit 8 verbunden.
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Die
erfassten, ggf. reflektierten Schwingungsverläufe lassen in Abhängigkeit
vom gegebenen Signal vorhandene Unregelmäßigkeiten im Material – wie feinste
Risse oder dergl. – frühzeitig
erkennen. Dadurch lassen sich Gefahren für Betriebssicherheit und Lebensdauer
vorbeugend vermeiden.
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An
die Sensoren werden entsprechend den extremen Bedingungen an den
Druckgießformen
besonders hohe Anforderungen gestellt. Sie sollten den wechselnden
hohen Temperaturen sowie den wechselnden großen Kräften und Drücken standhalten und über längere Betriebszeiträume funktionsfähig bleiben.
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Als
Thermosensoren haben sich Hochtemperatur-Thermoelemente und Pyrometer
bewährt. Zum
Messen der Drücke
eignen sich insbesondere Druckmessumformer, Differenzmessumformer
und Messblenden. Für
das Messen der Kräfte
verwendet man Dehnungsmessstreifen, insbesondere solche für hohe Temperaturen.
Der Einsatz von Kupplungen in Form von Kraftmessumformern, von Brückenmessverstärkern und
weiterhin von zeitgenauen und temperaturkompensierten Messanordnungen
ist an den Druckgießvorrichtungen
möglich.
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- 1
- Formenrahmen
(Einguss-Seite)
- 11
- Eingussbüchse
- 12
- Formeneinsatz
- 120
- Formenoberfläche
- 121
- Thermosensoren
- 122
- Thermosensoren
- 123
- Thermosensoren
- 13
- Führungsbolzen
- 131
- Positionssensor
- 2
- Formenrahmen
(Auswerfer-Seite)
- 21
- Formeneinsatz
- 22
- Verteilerzapfen
- 23
- Thermosensor
- 3
- Schieber/Kernschieber
- 31
- Kern
- 32
- Kupplungsstößel
- 33
- Kernziehzylinder/Antrieb
- 34
- Kraftsensor
- 4
- Auswerferkasten
- 41
- Auswerfer
- 411
- Auswerfersensor
- 42
- Auswerferplatte
- 43
- Rückstoßer
- 431
- Rückstoß-Sensor
- 5
- Kühlkreislauf
- 51
- Kühler
- 52
- Strömungs- oder
Drucksensor
- 6
- Entlüftung
- 61
- Strömungs- oder
Drucksensor
- 7
- Kamera-System
- 71
- Kamera
- 72
- Kamera
- 8
- speicherprogrammierte
Recheneinheit
- 81
- BUS
- 82
- Messwertspeicher
- 83
- Recheneinheit
- 84
- Auswertespeicher
- 85
- Ein-
und Ausgabe-Einheit
- 86
- Notebook
- 87
- Zentralrechner
- 88
- Sende-
und Empfangs-Einheit