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Anlage zum kontinuierlidien Gießen von Metall Die Erfindung bezieht
sich auf eine Anlage zum kontinuierlichen Gießen von Metall, bestehend aus einer
an beiden Enden offenen, fliissigkeitsgekühlte Kokille, einem Gießgefäß zum Einfüllen
des geschmolzenen Metalls in das eine Ende der Kokille, einer Vorrichtung zum Abziehen
des Guß stromes aus dem anderen Ende der Kokille und einer Steuereinrichtung zur
Regelung der aus dem Gießgefäß in die Kokille ru füllenden Menge an Gießmetall in
Abhängigkeit von der Standhöhe des Metalls in der Kokille mit Hilfe eines oder mehrerer
wärmeempfindlicher Elemente.
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Bei den bekannten Anlagen dieser Art erfolgt die Regelung der Eingießmenge
in Abhängigkeit von der Standhöhe des Metalls in der Kokille nicht kontinuierlich,
sondern sprunghaft.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kontinuierliche
Regelung der Eingießmenge in Abhängigkeit von der Standhöhe des Metalls in der Kokille
zu erhalten.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das bzw. die in die
Kokillenwand eingebauten wärme empfindlichen Elemente Teil einer Brückenschaltung
sind, welche das bzw. die Elemente mit einem konstanten, von Hand einstellbaren
Widerstand vergleicht, der auf einen die Brücke entsprechend den Temperaturänderungen
in dem bzw. den Elementen dauernd ausbalancierenden Umkehrmotor einwirkt, der zugleich
den Steuerkreis der die Eingießmenge bestimmenden Einrichtung regelt.
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Zweckmäßig ist die Anordnung so, daß zwei in periodischem Wechsel
arbeitende Meßeinheiten, je bestehend aus einer das warmeempfindliche Element enthaltenden
Meßbrücke mit Motorregler und Umkehrmotor, vorgesehen sind und daß die beiden Motor
regler über ein Differential auf den Steuerkreis der die Eingießmenge bestimmenden
Einrichtung regelnd wirken.
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Die beiden Meßeinheiten sind in periodischem Wechsel an das wärmeempfindliche
Element und an eine konstante Stromquelle anschließbar, und der periodische Wechsel
dieser Anschlüsse erfolgt durch einen Zeitschaltermechanismus derart, daß der Vergleich
zwischen der von dem wärmeempfindlichen Element gelieferten Energie und der konstanten
Energie stattfindet, während ein Umkehrmotor von dem wärmeempfindlichen Element
abgeschaltet ist.
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Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einer
Anlage zum kontinuierlichen Gießen von Stahl und anderen Legierungen mit hohem Schmelzpunkt
unter Verwendung eines Kippgefäßes mit Gießschnauze. Indessen läßt sich die erfindungsgemäße
Einrichtung sinngemäß bei Anlagen zum Gießen von Metallen mit niedrigeren Schmelz-
temperaturen
und unter Benutzung von Gießgefäßen verwirklichen und verwenden, welche vom Boden
aus über ein Ventil oder einen Hahn entleert werden.
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Gemäß Fig. 1 besteht die Gießanlage aus einer Gießpfanne 10, die
mit einer Gießschnauze ausgerüstet ist, und einem Gefäß 11, welches das flüssige
Metall aus der Gießpfanne 10 übernimmt und in einem im wesentlichen schlackenfreien
Strom bis zu einer gewünschten Spiegelhöhe in das obere offene Ende der Kokille
12 gießt.
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Die Gießpfanne 10 ist kippbar um Lagerzapfen 13 eines.l-fOrmigen
Trägerrahmens 14 angeordnet; die Lagerzapfen ruhen in Lagern 15 des Ständers oder
Geriistes 16. Die Kippbewegung der Gießpfanne wird auf beliebige Weise bewerkstelligt,
z. B. mit Hilfe einer Windentrommel 17, welche von einem Motor 18 angetrieben wird.
Die Geschwindigkeit dieses Motors ist veränderlich und wird durch ein nachstehend
beschriebenes, in Fig. 1 allgemein mit 19 bezeichnetes Gerät gesteuert. Die Windentrommel
17 ist mit der Gießpfanne 10 bzw. dem Trägerrahmen 14 dieser Gießpfanne durch ein
Kabel 20 und ein Joch 21 verbunden.
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Unter der Kokille 12 wird der Strang 22 durch einen Satz von Transportwalzen
23, angetrieben durch einen Motor 24 mit veränderlicher Geschwindigkeit, abgezogen.
Der die Kokille verlassende Strang wird mit Sprühwasser aus -einer Vielzahl von
ringsum angeordneten Düsen 25 direkt gekühlt; in dem Raum zwischen der Kokille und
den Transportwalzen 23
wird er gegen seitliche Bewegung durch Führungsschuhe
26 od. dgl. gesichert.
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Wenn, wie üblich, die Transportwalzen im wesentlichen mit gleichförmiger
Geschwindigkeit umlaufen, ist es notwendig, mindestens erwünscht, die Eingießmenge
an flüssigem Metall zu regeln, um den Spiegel auf einer bestimmten Höhe zu halten,
gemäß den Fig. 2 bis 4. Dies geschieht durch Mittel, welche die Anwesenheit von
geschmolzenem Metall auf der gewünschten Höhe oder die Abweichung des Standes des
Spiegels der flüssigen Metallsäule von der gewünschten Höhe feststellen und die
festgestellten Werte auf die Kontrolleinrichtung übertragen. Es gibt vielerlei Arten
von Mitteln zur Feststellung des Höhenstandes des Metallspiegels. Beispielsweise
kann dies mit Hilfe von die Kokille bzw. die Metallsäule durchdringenden Strahlen,
mit Hilfe von elektrischen Kontakten oder mit Hilfe von Temperaturmessungen des
Stranges unter oder in der Kokillenanordnung erfolgen. Welche dieser Mittel auch
Verwendung finden mögen, es muß dafür gesorgt werden, daß sie durch die Kühlanlage
der Kokille nicht nachteilig beeinträchtigt werden.
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Es wurde gefunden, daß eine Änderung des tatsächlichen Standes des
Metallspiegels in der Kokille eine meßbare Temperaturänderung in der Kokille zur
Folge hat. Das will heißen, daß das Fallen des Spiegels unter einen vorbestimmten
Höhenstand ein Sinken der Temperatur in der Kokillenwand verursacht um einen Betrag,
der durch ein in die Kokille in der vorbestimmten Standhöhe eingebettetes, temperaturempfindliches
Element, z. B. ein Thermoelement, angezeigt wird. Entsprechend verursacht ein Ansteigen
des Metallspiegels einen meßbaren Anstieg der Temperatur, sobald der Metallspiegel
die vorbestimmte, gewünschte Standhöhe überschreitet. Es können also Thermoelemente
oder andere temperaturempfindliche Mittel, die in die Kokillenwand eingebettet sind,
dazu benutzt werden, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von geschmolzenem
Metall auf einer vorbestimmten Höhe innerhalb der Kokille festzustel len; und diese
Messungen können dazu dienen, einen Kontrollmechanismus zu steuern, welcher die
Eingießmenge an flüssigem Metall regelt.
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Der Einbau von temperaturempfindlichen Geräten in die Kokillenwand
bzw. in den Rohreinsatz 30 ist in den Fig. 2 bis 5 gezeigt. Bei der Ausführungsform
der Fig. 2 besteht das temperaturempfindliche Gerät aus einer Reihe von Thermoelementen44,
die in gegenseitigem Abstand übereinander in die Wandung des Rohreinsatzes 30 eingelassen
sind, wobei die kalten Lötstellen 45 jedes Thermoelementes außerhalb der Kokille
liegen in Zonen von im wesentlichen gleichmäßiger Temperatur; die Thermoelemente
sind in Reihe geschaltet, so daß eine Änderung der Standhöhe des flüssigen Metalls
zwischen den Stellungen A, B, C und Zwischenstellungen eine entsprechende meß bare
Änderung der durch die Thermoelemente erzeugten Spannung verursacht. Diese Änderungen
werden ausgenutzt, um die Eingießmenge an flüssigem Metall in die Kokille 12 zu
regeln.
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Die Thermoelemente gemäß Fig. 3 sind ebenfalls in Serie geschaltet,
jedoch befinden sich die kalten Lötstellen 46 auf der kalten, also äußeren Oberfläche
des Rohreinsatzes 30. Die Anordnung der Thermoelemente gemäß den Fig. 2 und 3 hat
sich in der Praxis bewährt, besonders in Fällen, in welchen die Stärke der Kokillenwand
verhältnismäßig groß ist (beispielsweise l/2 Zoll [12,27 mmj oder mehr). Vorzuziehen
ist jedoch die Verwendung eines Wider-
standsthermometers in der Kokillenwand, wie
beispielsweise in den Fig. 4 und 5 gezeigt, da diese temperaturempfindlichen Geräte
weniger Verbindungen erfordern und einfacher in der Installation und Wartung sind.
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Wie in Fig. 4 gezeigt, ist ein Platinwiderstandselement 17 in den
Rohreinsatz der Kokillenwand eingebaut; die Anschlußdrähte führen nach oben durch
die Wand und sind mit dem Steuergerät in nachstehend beschriebener Weise verbunden.
Bei Fig. 5 besteht das temperaturempfindlicheElement aus einem Segment 48 des Rohreinsatzes
der Kokillenwand mit Leitungsdrähten, welche von entgegengesetzten Enden dieses
Segmentes nach oben durch die Wand geführt und an das Steuergerät angeschlossen
sind.
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Das Einsetzen der temperaturempfindlichen Elemente in die Wand oder
in den Rohreinsatz der Kokille wird zweckmäßig dadurch vorgenommen, daß man eine
geeignete, längs gerichtete Keilnut aus der kalten, also äußeren Oberfläche der
Kokille herausschneidet, die Elemente samt ihren Verbindungsdrähten einfügt und
einen flachen Keil einlötet und derart nachbearbeitet, daß eine glatte Oberfläche
für den Kühlwasserstrom entsteht.
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Es ist zu bemerken, daß die Temperatur der Kokillenwand auf der heißen,
also inneren Oberfläche 2320 C nicht überschreitet, selbst dann nicht, wenn das
geschmolzene Metall, welches in Berührung mit dieser Oberfläche ist, eine Anfangstemperatur
in der Größenordnung von 16490 C besitzt. Diese Erscheinung ist zurückzuführen auf
die wirksame Kühlung der Kokille.
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Die durch die Leitungsdrähte von dem temperaturempfindlichen Element
übertragene elektrische Energie wird einem Meßstromkreis zugeführt, welcher einen
einen Schleifkontakt betätigenden Motor einschließt. Dieser Motor wird durch einen
Brückenstromkreis durch Vergleich mit einem regelbaren Widerstand gesteuert. Wie
aus Fig. 5 ersichtlich, wird ein regelbarer Widerstand R auf einen Wert einjustiert,
der möglichst dem Widerstandswert des Platinwiderstandselementes 47 nahekommt, wenn
der Stand des flüssigen Metalls in der Kokille auf der gewünschten Höhe ist, beispielsweise
auf der Höhe B.
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Ein vereinfachtes Schaltbild ist in Fig. 7 gezeigt.
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Es bedeuten: S die Brücke, T den Widerstand des Platinelementes 47,
R den von Hand regelbaren Widerstand und F, G unveränderliche Widerstände. M ist
der den Schleifkontakt betätigende Motor. Der Verstärker und MotorreglerMC steuert
den Schleifkontakt-Umkehrmotor M in der Weise, daß der Stromkreis entsprechend den
Temperaturänderungen in dem Widerstandselement 47 dauernd im Gleichgewicht gehalten
(ausbalanciert) wird. Wie Fig. 4 zeigt, ist der regelbare Widerstand R in der Nähe
der Kokille 12 angeordnet.
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Der Schleifkontaktmotor der Meßeinheit kann direkt oder über einen
geeigneten Verstärker auf einen Regelwiderstand in dem die Eingießmenge regelnden
Steuerstromkreis arbeiten. Eine derartige Regeleinrichtung würde die Eingießmenge
im wesentlichen unmittelbar abhängig von den Änderungen der Standhöhe des Spiegels
des geschmolzenen Metalls in der Kokille vergrößern oder verkleinern. Eine derartige
Einrichtung hat aber den Nachteil des sogenannten Pendelns, was die Betriebssicherheit
beeinträchtigt.
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Aus diesem Grunde wird vorgezogen, ein Paar von Meßeinheiten zu verwenden,
die in aufeinanderfolgenden Perioden abwechselnd mit den temperaturempfindlichen
Mitteln verbunden werden und von denen jedes
einen Schleifkontaktmotor
aufweist, wobei diese Motoren in Abhängigkeit von der Unbalance zwischen den Widerständen
T und R auf ein Differential arbeiten. Gleichzeitig überträgt der andere Schleifkontaktmotor
eine Drehbewegung auf das Differentialgetriebe in Abhängigkeit von der Unbalance
zwischen dem am Ende der vorhergehenden Periode der Verbindung mit dem temperaturempfindlichen
Element gemessenen Widerstand.
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Diese Anordnung ist in Fig. 6 schematisch gezeigt.
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Es sind zwei Meßeinheiten X und Y vorgesehen) deren jede einem Regelstromkreis
gemäß Fig. 6 zugehört und deren jede eine Welle 51 bzw. S2 aufweist; diese Wellen
werden durch den Schleifkontaktmotor getrieben und arbeiten auf ein Differential
53.
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Die Abtriebswelle 54 des Differentials ist mit einem Regelwiderstand
49 in dem Steuerstromkreis der Winde 17 verbunden.
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Die Ableitungen 50 des Widerstandselementes 47 in der Kokillenwand
30 sind mit der Meßeinheit X verbunden; Abzweigungen 56 verbinden diese Leitungen
50 mit der Meßeinheit Y; die beiden Einheiten X und Y liegen also parallel zueinander.
Getrennte Leitungen 57 und 58 verbinden die Meßeinheiten X und Y in Parallelschaltung
mit einer Stromquelle Z. In jedem Satz von Verbindungsleitungen der Meßeinheiten
X und Y liegen Schalter 1 B) 3.C, 1D und 1E; diese Schalter werden durch einen Elektromagneten
1 gemeinsam gesteuert. Die Schalterkontakte 1 B und 1 E sind geschlossen, wenn die
Kontakte 1 C und 1 D offen sind. Dies ist der Fall, wenn der Elektromagnet 1 nicht
erregt ist. Wird der Elektromagnet 1 erregt, so werden die Kontaktgruppen 1 B und
1 E geöffnet und die Kontaktgruppen 1 C und 1 D geschlossen.
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Die Wicklung 1 wird in aufeinanderfolgenden Zeitperioden durch Zeitschalter
CCA und CCB des in Fig. 6 gezeigten Steuerkreises abwechselnd erregt und abgeschaltet.
Bei Erregung des Stromkreises der Wicklung 1 schließt diese den Kontakt 1 A und
schaltet dabei die Kontaktgruppen 1 B, 1C, 1D und 1 E von der in Fig. 6 gezeigten
Stellung um, so daß nunmehr die Meßeinheit X mit dem Element 47 und dem Widerstand
R verbunden ist, während die Meßeinheit Y an der Stromquelle Z liegt. Durch Schließung
des Kontaktes 1 A spricht der Zeitschalter CCA an.
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Am Ende seiner Arbeitsperiode von vorbestimmter Dauer verursacht der
Zeitschalter CCA Schließung eines Kontaktes A' mit der Folge, daß nunmehr ein Elektromagnet
2 erregt wird und die Kontakte 2S, 2 B und 2 C umgelegt werden.
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Durch Öffnen des Kontaktes224 wird der Elektromagnet 1 stromlos,
was zur Folge hat, daß die Kontaktgruppen 1 A, 1 B, 1 C, 1 D und 1E wieder in die
in Fig. 6 gezeichnete Stellung umgelegt werden. Durch Öffnen des Kontaktes 1 A wird
der Zeitschalter CCA automatisch rückgestellt oder abgeschaltet und ist nun für
eine Arbeitsperiode bereit, die einsetzt, sobald die Arbeitsperiode der Zeitschalters
CCB abgelaufen ist. Durch Schließung des Kontaktes 2 C startet der Zeitschalter
CCB, der eine Arbeitsperiode vorbestimmter Dauer ausführt, bis am Ende dieserPeriodeKontakte
B' momentan geöffnet werden mit der Folge, daß die Elektromagnetwicklung 2 stromlos
wird und die Kontakte 2 2B, 2 B, 2 C neuerdings (d. h. in die in Fig. 7 gezeichnete
Stellung) umgelegt werden. Anschließend beginnt ein neuer Zyklus des Arbeitsspieles.
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Der Widerstand R wird, wie schon oben angedeutet, auf einen Wert
einjustiert, der gleich ist dem Wert des Widerstandes T, wenn die Standhöhe des
geschmolzenen
Metalls innerhalb der Kokille die gewünschte ist. Beispielsweise soll bei der Standhöhe
B der Fig. 5 der Widerstand T des Elementes 47 gleich sein dem Widerstand R, der
beiden Meßeinheiten X und Y gemeinsam ist.
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Befindet sich der Spiegel der flüssigen Metallsäule über oder unter
der Stellung, dann ändert sich der Widerstand des Elementes 47, und der Widerstandswert
des Widerstandes T in der veränderten Wheatstoneschen Brücke bewirkt, daß der Motor
M in einer der beiden Meßeinheiten X und Y anspricht und den Schleifkontakt bewegt,
um das Gleichgewicht des Stromkreises wiederherzustellen. Die Drehrichtung des Motors
if hängt davon ab, ob der Widerstand T größer oder kleiner ist als der Widerstand
R, also davon, ob die wirkliche Standhöhe des geschmolzenen Metalls über oder unter
der gewünschten Standhöhe B liegt.
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In dem Kontrollstromkreis (Fig. 7) befindet sich der Schleifkontakt
H in seiner Mittelstellung, solange die Widerstände T und R gleich sind, d. h. solange
der Flüssigkeitsspiegel des geschmolzenen Metalls in der Kokille die gewünschte
Standhöhe hat. Eine Anderung dieser Standhöhe verursacht, wie schon erläutert, eine
proportionale Anderung des Widerstandes des Elementes 47 und dadurch eine Unbalance
in der Meßeinheit mit der Folge, daß der Schleifkontaktmotor den Schleifkontakt
H zur Wiederherstellung des Gleichgewichtes im Stromkreis bewegt. Die 13ewegung
des Kontaktes H verursacht zugleich eine Drehbewegung der Welle des Schleifkontaktmotors
und einer Seite des Differentialgetriebes 53. Zur gleichen Zeit wird die Welle der
anderen Meßeinheit gedreht dadurch, daß der Schleifkontakt H infolge Durchganges
eines gleichen Energieflusses durch die Widerstände F und G der Meßeinheit in seine
Mittelstellung zurückkehrt.
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Es sei beispielsweise angenommen, daß der Fliissigkeitsspiegel etwa
in die Stellung C der Fig. 4 sinke.
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Unter diesen Umständen würde die Regelung eine Vergrößerung der in
die Kokille einzubringenden Gießmenge zur Folge haben müssen. Angenommen, die Unbalance
der Meßeinheit X am Ende der Arbeitsperiode, während welcher diese Meßeinheit an
das Element 47 angeschlossen war, werde ausgedrückt durch die Zahl + 16 Diese Zahl
16 ist willkürlich gewählt zum Zwecke der Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen
Gerätes; sie bedeutet von der Welle 51 ausgeführte Umdrehungen. Das Vorzeichen +
soll die Drehrichtung im Sinne der Vergrößerung der einzubringenden Gießmenge zum
Ausdruck bringen (sinngemäß bedeutet das Vorzeichen - die Drehrichtung zur Verringerung
der einzubringenden Gießmenge). Wird ferner angenommen, der Flüssigkeitsspiegel
des geschmolzenen Metalls sei während der vorhergehenden Meßperiode auf dem gewünschten
Höhenstand gehalten worden, so würde der Kontakt H der Einheit Y sich in seiner
Mittelstellung befinden, und die Welle 52 würde sich nicht unter der Einwirkung
der Stromquelle Z während dieser Periode bewegen. Unter diesen Annahmen würde die
resultierende Einwirkung der Welle 54 ein Ansteigen der Geschwindigkeit des Windenmotors
18 entsprechend dem »Dreh«-Wert + 16 der Welle 51 zur Folge haben.
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Während der nächsten, hier also zweiten Zeitperiode ist die Einheit
X an das Element Z angeschlossen mit der Folge, daß der Schleifkontakt H zu seinem
Mittelpunkt zurückkehrt und die Welle unter der Einwirkung von Z von + 16 auf 0
gedreht wird.
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Zur gleichen Zeit wird die Meßeinheit Y der Standhöhe des geschmolzenen
Metalls in der Kokille entsprechen. Obwohl das Kontrollsystem die Eingießmenge an
geschmolzenem Metall in die Kokille erheblich vergrößert hat, wird der Metallspiegel
noch unter der gewünschten Standhöhe B bleiben, diese Standhöhe also noch nicht
erreichen. Es wird also beispielsweise am Ende der Arbeitsperiode die Meßeinheit
Y einen Wert von + 8 behalten. Die resultierende Wirkung der Bewegungen der Wellen
51 und 52 auf die Welle 54 wird dann - 8 sein, weil die Rückkehr der Welle 51 von
+ 16 zu O in der negativen Richtung stattgefunden hat, also - 16 betragen hat, während
die Bewegung + 8 der Welle 52 in der positiven Richtung stattfand.
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Während der nächsten oder dritten Arbeitsperiode kehrt die Welle
52 von + 8 auf 0 zurück (unter der Einwirkung von Z). Sie führt also eine Drehung
in negativer Richtung (= -8) aus. Zur gleichen Zeit, während welcher die Meßeinheit
X mit dem temperaturempfindlichen Element 47 in Verbindung steht, dreht sich die
Welle 51 proportional der Abweichung zwischen der wirklichen Standhöhe des flüssigen
Metalls in der Kokille und der gewünschten Standhöhe B.
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Befindet sich der Spiegel der flüssigen Metallsäule noch darunter,
dann wird die Welle 51 im positiven Sinn gedreht, beispielsweise um den Wert + 4.
Der resultierende Wert an der Abfrjebswelle 54 beträgt dann (hervorgegangen aus
-8 + 4 = -4).
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War hingegen die tatsächliche Standhöhe des Metallspiegels höher als
die gewünschte Standhöhe B, so dreht sich die Welle 51 im negativen Sinn (Vorzeichen
-). Ist dieser Wert beispielsweise - 4, so ergibt dies einen resultierenden Wert
an der Abtriebswelle von »- 12« als Ergebnis der Addition von 8« aus der Meßeinheit
Y und von »-4« aus der Meßeinheit X. Dieser Vorgang würde anzeigen, daß die Eingießmenge
zu groß wäre und um einen Betrag, welcher dem Wert - 12 entspräche, verringert werden
müßte durch entsprechende Regelung des Widerstandes in dem Stromkreis des Antriebsmotors
für die Winde.
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PATENTANSPRSCHE: 1. Anlage zum kontinuierlichen Gießen von Metall,
bestehend aus einer an beiden Enden offenen, flüssigkeitsgelcühlten Kokille, einem
Gieß-
gefäß zum Einfüllen des geschmolzenen Metalls in das eine Ende der Kokille,
einer Vorrichtung zum Abziehen des Guß stückes aus dem anderen Ende der Kokille
und einer Steuereinrichtung zur Regelung der aus dem Gießgefäß in die Kokille zu
füllenden Menge an Gießmetall in Abhängigkeit von der Standhöhe des Metalls in der
Kokille mittels eines oder mehrerer wärmeempfindlicher Elemente, dadurch gekennzeichnet,
daß das bzw. die in die Kokillenwand eingebauten wärmeempfindlichen Elemente Teil
einer Brückenschaltung (S) sind, welche das bzw. die Elemente (T, 47) mit einem
konstanten, von Hand einstellbaren Widerstand (R) vergleicht und in welcher ein
Regler (MC) liegt, der auf einen die Brücke entsprechend den Temperaturänderungen
in dem bzw. den Elementen (T, 47) dauernd ausbalancierenden Umkehrmotor (M) einwirkt,
der zugleich den Steuerkreis der die Eingießmenge bestimmenden Einrichtung regelt.