DE19540466A1 - Sandformqualität durch Ölstrommessung zum Preßhaupt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Steuerung/Regelung eines Vielstempelpreßhauptes bzw. Blockpreßhauptes einer Formmaschine für tongebundenen Sand/Formstoff.

Bei aktivem Pressen von oben mit einem Preßhaupt z. B. aus Vielstempeln wird der Weg einzelner Vielstempel über Endschalter (Näherungsinitiatoren) oder induktive Stabmessung erfaßt. Erreichte Positionen werden so registriert und in der Steuerung verarbeitet. Gleichermaßen ist diese Art der Wegmessung für das Preßhaupt, mit oder ohne Vielstempel, als Ganzes möglich.

Der Erfindung geht es um eine Anpassung der beeinflußbaren Parameter zum Erhalt einer langfristig guten Sandform. Gleichbleibende Höhe des Sandballens soll ebenso wie Gleichförmigkeit der Verdichtung ermöglicht werden. Die Zeit zur Pressung soll so angepaßt sein, daß minimale Zeit pro Sandform erreicht wird.

Die Parameter sollen unmittelbar an der Sandformmaschine erhalten (gemessen) werden, wozu der Ölstrom des Preßhauptes bzw. dessen Änderung verwendet wird (Anspruch 1). Überraschend ergibt die Messung des Ölstroms eine gute Ausgangsbasis für die Verbesserung der Sandform.

Werden nacheinander unterschiedlich große Modelle abgeformt, so ist die benötigte Sandmenge unterschiedlich. Nach erfolgtem Modellwechsel registriert im Stand der Technik ein mechanisches Höhenerfassungsgerät über den Formkästen den aktuellen Füllstand der Kästen nach dem Pressen. Bei Über-/Unterscheitung wird die Sandmenge, die im Einfüllbunker für den folgenden Preßvorgang zur Verfügung gestellt wird, entsprechend korrigiert. Damit ist gewährleistet, daß nach erfolgtem Modellwechsel wieder eine optimale Sandmenge eingefüllt und verdichtet werden kann (gemäß dem Regelsignal wird mehr/weniger Sand in den Maschinenbunker eingefüllt).

Das gemäß der Erfindung eingesetzte Verfahren vereinfacht den apparativen Aufwand erheblich.

Technische Hilfsmittel zur dynamischen Massedurchflußmessung (Ölstrom) arbeiten z. B. nach dem Coriolis-Prinzip.

Mit dieser dynamischen Massemessung wird ein Meßsignal geliefert, das proportional zum Massestrom (kg/h) ist. Leitfähigkeit, Dichte, Temperatur und Viskosität beeinflussen die Messung nicht.

Das Meßprinzip kann z. B. für die Erfassung von Volumenströmen von Hydrauliköl benutzt werden. Das Prinzip basiert auf der kontrollierten Erzeugung von Coriolis-Kräften. Diese Kräfte treten in einem System immer dann auf, wenn gleichzeitig eine translatorische (geradlinige) und eine rotatorische (drehende) Bewegung sich überlagern.

Bei der industriellen Umsetzung diese Funktionsprinzips wird anstelle der Drehbewegung eine Oszillation gesetzt. Zwei vom Produkt durchströmte, geradlinige Rohre werden in Schwingung (Resonanz) versetzt und bilden eine Art "Stimmgabel". Durch den Massestrom wird die Phasenlage der Schwingung ein- und auslaufseitig unterschiedlich verändert, was über optische Sensoren erfaßt wird. Die Phasendifferenz ist proportional zum Massedurchfluß und steht als lineares normiertes Ausgangssignal zur Verfügung. Die Resonanzfrequenz der Meßrohre ist abhängig von der schwingenden Masse und damit von der Produktdichte. Eine Regelschaltung stellt sicher, daß das System immer in Resonanz betrieben wird. Aus der Resonanzfrequenz wird dann die Produktdichte errechnet.

Zur rechnerischen Kompensation von Temperatureffekten wird die Temperatur der Meßrohre erfaßt. Dieses Signal entspricht der Produkttemperatur und steht auch für externe Zwecke zur Verfügung.

Eine weitere Methode zur Erfassung von Volumenströmen pro Zeiteinheit ist mit einem Schraubenvolumeter möglich. Diese arbeiten nach dem Verdrängungsprinzip. Das strömende Öl versetzt die Spindeln im Innern in Rotation, über die abgegriffene Drehbewegung durch induktive Näherungsschalter wird ein Frequenzsignal erzeugt. Damit erhält man das Maß für die pro Zeiteinheit geförderte Ölmenge.

Welche Art der Ölmessung "Volumenstrom" und "Volumenstrom pro Zeiteinheit" genutzt wird, ist Anwendungssache (Coriolis, Volumeter, Kolbenspeicher . . . ). Wenn ein druckstoßarmes, kontaktloses, verschleißarmes Meßprinzip eingesetzt wird, ergeben sich beste Ergebnisse.

Sechs Beispiele der Erfindung werden anhand von Regelverfahren 1 bis 6 beschrieben. Die Fig. 1 bis Fig. 4 repräsentieren Beispiel 1 bis 4 davon.

Fig. 1 repräsentiert ein Ausführungsbeispiel für das Regelverfahren 1, bei dem die Sandmenge nach einem Modellwechsel geändert wird, um gleiche Sandballen-Höhen zu erreichen.

Fig. 2 repräsentiert ein Ausführungsbeispiel, mit dem ein nach Preßende ausgerissener Stempel anhand einer Ölmengenmessung erkannt werden kann.

Fig. 3 betrifft ein Beispiel, wie der Zeitbedarf zur Herstellung einer Sandform aufgrund einer Messung des Ölflusses minimiert werden kann, wodurch auch der Energieverbrauch gesenkt wird.

Fig. 4 repräsentiert ein Ausführungsbeispiel für eine Korrektur der Verdichtbarkeit des Sandes durch Messung von Ölfluß-Änderung pro Zeitintervall.

Fig. 1 zeigt schematisch in der linken Hälfte Preßstempel, die an eine gemeinsame Ölquelle Q angeschlossen sind und die in einen Sandrücken R mit verschiedenen Tiefen (tief, normal, hoch) eindringen. Am Boden des schematisch angedeuteten Formkastens F ist ein Modell M zu erkennen.

Die Stempel im linken Teilbild sind zu tief in den Formrücken eingedrungen, die Stempel im rechten Teilbild sind zu hoch. Die Stempel im mittleren Teilbild haben die normale Lage, die an der Oberkante des Formkastens liegt. Die rechts neben den drei Schema-Bildern eingezeichneten Kurven zeigen den Mittelwert "normal", der 30 Liter Ölfluß aufweist zwischen Rückzugs-Stellung der Stempel und Endstellung "normal" im Schema-Bild. 45 Liter Öl repräsentieren das zu tiefe Eindringen der linken Stempel im Schema-Bild und 16 Liter Ölfluß repräsentieren die zu hoch liegenden Stempel. Die jeweils eingezeichnete Resthöhe des Sandballens ist im unteren Diagramm zu erkennen. Für 16 Liter Öl liegen die Stempel 40 mm zu hoch; für 30 Liter geflossenes Öl ist der festgelegte und eingestellte Sollwert ±Null erreicht, und bei 45 Liter geflossenem Öl dringen die Stempel 30 mm zu tief in den Formkasten ein.

Abhängig von der gemessenen Ölmenge q(t), die zwischen Preßanfang und Preßende geflossen ist, wird die Sandmenge gemäß oberem Diagramm (b) verändert, namentlich erhöht oder erniedrigt. Bei 30 Liter Öl bleibt sie unverändert, bei 45 Liter Öl wird sie stark erhöht und bei nur 16 Liter geflossenem Öl wird sie stark erniedrigt.

Die in Fig. 1 repräsentierte Sandmengenänderung bei Modellwechsel zum Erhalt gleicher Stempeltiefe arbeitet mit Funktionen (a) und (b).

Ein Modellwechsel ist das Umstellen von einem Modellvolumen auf ein anderes. Bei Änderung des Modellvolumens ändert sich die im Formkasten darüber anordbare Formstoffmenge, d. h. wird von einem tiefen Modell auf ein hohes Modell M umgestellt, so kann nicht mehr so viel Formstoff in den Kasten eingefüllt werden, um nach dem Preßverdichten die gleiche Endhöhe zu erreichen.

Die Bewegung der Vielstempel wird als Ganzes über die Ölmenge gemessen. Dieses Messung erfolgt mittels einer zuvor beschriebenen Meßeinrichtung. Bei Preßende wird die durchgeflossene Ist-Ölmenge registriert. Ist viel Öl geflossen, stehen die Stempel tief, ist wenig Öl bei Preßende geflossen, stehen die Stempel hoch.

Die Verdichtbarkeit eines Sandes sei konstant. In einen Kasten F wird nach Modellwechsel die gleiche Sandmenge eingefüllt, wie bei dem vorher ausgelaufenen Modell. Die Stellung der Vielstempel oder des Blockpreßhauptes wird erfaßt, indem die geflossene Ölmenge registriert wird. Über eine erste Eichkurve (a) in der Steuerung wird aus der geflossenen Ölmenge (=Fkt. der Höhe der Preßstempel nach Verdichtung) die Preßstempelhöhe bei Preßende ausgegeben. Die Abweichung zum Höhenstand der Preßstempel vor dem Modellwechsel wird erfaßt. Über eine weitere Eichkurve wird aus dieser Abweichung auf eine Sandmengenregulierung (Änderung) geschlußfolgert. Die zweite Eichkurve (b) ergibt sich aus dem Produktionsbetrieb für die vorher gelaufenen Modelle oder ist eine fest installierte Sollwertkurve.

Standen die Stempel beispielsweise zu tief bei Modellwechsel von großvolumig auf kleinvolumig, so wird bei der nächsten Abformung mehr Sand eingefüllt. Standen die Stempel zu hoch, so wird bei der nächsten Abformung - bei Modellwechsel von geringvolumig zu großvolumig - weniger Sand eingefüllt.

Fig. 2 repräsentiert die Reproduzierbarkeit der Stempelstellung und zeigt im linken Teil den Start des Vielstempel-Preßhauptes H. Nach Fließen einer Ölmenge q(t) von 30 Litern (beispielhaft) sind die Stempel nach 1 Sekunde in ihre Endstellung verfahren. Wird das Öl aus den Stempelkolben zurückgenommen, so wird das zurückfließende Öl verglichen mit der bis Preßende registrierten geflossenen Ölmenge. Ein kleiner Toleranzbereich T_B wird eröffnet, um Ungenauigkeiten auszugleichen. Ist die zugeflossene Ölmenge und die zurückgeflossene Ölmenge nicht gleich, so wird eine Fehlermeldung ausgegeben.

Die Stempel werden gezielt vor- und zurückbewegt durch positive/negative Ölbeaufschlagung.

Nach einem gezielten Vorfahren der Vielstempel sollen sie um einen gleichen oder Teilbetrag davon zurückgefahren werden. Um zu kontrollieren, ob diese Bewegung vollständig ausgeführt worden ist, wird nach Abschluß die geflossene Ölmenge bzw. die gefahrene Höhendifferenz registriert. Die Voll- oder Teilmenge wird erfaßt. Bei nicht erfolgtem ordnungsgemäßen Rückfahren wird eine Fehler- oder Korrekturmeldung ausgelöst.

Nach Preßende ist beispielsweise ein Stempel ausgerissen. Die Rückflußmenge entspricht nicht der Menge beim Vorfahren. Die Maschine muß angehalten und eine Reparatur ausgeführt werden.

Auch die erreichte Endstellung nach Preßende wird über diese Reproduzierbarkeitsmessung verglichen. Rückfolgerungen auf Lecks im Hydrauliksystem oder Maschinenfehler sind die Folge.

Fig. 3 repräsentiert eine Energieverbrauchs- und Zeitbedarfsminimierung.

Gezeigt wird die Zeitbedarfsminimierung und die Minimierung des Energieverbrauchs durch Messung des Ölflusses pro gleichem Zeitabschnitt. Wenn der Ölfluß für den gleichen Zeitabschnitt einen vorbestimmten (geringen) Wert erreicht oder Null wird, so steht aufgrund der Ölmengenmessung fest, daß ein Preßende nahe ist oder unmittelbar bevorsteht. Der nächste Schritt in der Ablaufsteuerung kann angefahren werden. Fig. 3 verdeutlicht schematisch das Preßende bei etwa 1 Sekunde und zeigt, daß dort die Änderung der geflossenen Ölmenge nur noch gering im selben 10 ms-Intervall ist. Bereits hier kann der Preßvorgang abgebrochen werden.

Der geflossene Volumenstrom an Hydrauliköl pro Zeiteinheit wird durch das in den Hydraulikkreis eingebaute Meßsystem überwacht. Die Situation "Preßende" ist die, wenn der Volumenstrom pro Zeiteinheit gegen Null strebt. Über in der Steuerung abgelegte Kurven kann der Preßverlauf bei der Bewegung der Vielstempel erfaßt werden.

Für die Information

Preßende = "Abschalten des Druckes"

wird das entsprechende Signal aus dem Istwert Volumenstrom/Zeiteinheit gegenüber einem Sollwert oder dem Wert Null verglichen und der Preßdruck abgeschaltet.

Damit kann zu einem definierten Zeitpunkt oder bei Volumenstrom pro Zeiteinheit "etwa" Null sofort abgeschaltet und der folgende Bewegungsschritt angesteuert werden. Die Maschinentaktzeit wird verkürzt, der Energieverbrauch wird optimiert und reduziert.

Fig. 4 repräsentiert eine Verdichtbarkeits-Korrektur (VD) und zeigt zwei Gradienten x, y für Sand hoher Verdichtbarkeit (normales α_y) und für geringe Verdichtbarkeit des Sandes (großes α_x). Beide Diagramme zeigen also die Änderung des Ölflusses pro Zeit, wobei der Beginn der jeweiligen Steigung den Zeitpunkt charakterisiert, zu dem die Stempel auf den Formsand auftreffen. Bei Sand mit geringer Verdichtbarkeit (mit hohem Schüttgewicht) liegt dieses Auftreffen vergleichsweise spät, da der Sand vergleichsweise tief eingefüllt ist. Die Stempel treffen demgemäß erst spät auf Widerstand, dann aber auf stärkeren Widerstand, was durch den hohen Gradienten gezeigt ist. Anders der Sand mit hoher Verdichtbarkeit, hier ist nur eine schwächere Abnahme des Ölflusses pro Zeiteinheit zu erkennen, demgemäß aber ein vergleichsweise früherer Beginn dieser Änderung. Beide Gradienten treffen sich zu einem Preßende-Zeitpunkt in demselben Punkt, namentlich bei dem Ölfluß von Null.

Aufgrund der unterschiedlichen Gradienten kann ein Meßwert für die Änderung der Verdichtbarkeit durch Hinzufügung von mehr Wasser oder durch Hinzugabe von weniger Wasser im Mischer, der den Formsand bereitstellt, erfolgen und so eine Verdichtbarkeitskorrektur begründet werden, die immer gleiche Verdichtbarkeit ermöglicht, ohne daß die Verdichtbarkeit selbst gemessen worden wäre, statt dessen nur der Gradient des Ölflusses zu den einzelnen Stempeln.

Die Funktionen x, y können auch bei gleichem Zeitpunkt beginnen, um zu verschiedenen Zeitpunkten zu enden, wie dargestellt.

Annahme ist, daß das gleiche Modell abgeformt und das gleiche Sandvolumen eingefüllt wird. Durch Differenzen in der Formstoffaufbereitung wird verdichtbarkeitsabweichender Formstoff angeliefert.

Gering verdichtbarer Sand liegt relativ tief eingefüllt, hoch verdichtbarer Sand liegt relativ hoch eingefüllt im Formkasten.

Liegt vergleichsweise hoch verdichtbarer Sand vor, so ist die Zeitspanne bis der Vielstempel auf Widerstand stößt, relativ gering; bei gering verdichtbarem Sand (hohes Schüttgewicht), ist sie vergleichsweise lang.

Die Abnahme "Volumenstrom pro Zeiteinheit" ist bei gering verdichtbarem Sand stark, bei hoch verdichtbarem Sand ist die Abnahme "Volumenstrom pro Zeiteinheit" vergleichsweise flach. Die Anstiege der Verläufe "Volumenstrom pro Zeiteinheit" über der Zeit werden erfaßt. Die ausgelöste Regelung gemäß dieser Geschwindigkeitsfunktion ist eine Anpassung der eingefüllten Sandmenge oder eine Nachregelung der Feuchte/Verdichtbarkeit in der Sandaufbereitung in langfristiger Hinsicht (mehrere Mischungen Abstand).

Zu steiler Abfall "Volumenstrom pro Zeiteinheit" bedeutet beispielsweise zu geringe Verdichtbarkeit. Es wird mehr Sand eingefüllt (kurzfristig), die Feuchtmenge (Verdichtbarkeit) wird über die Wassersteuerung im Mischer erhöht (langfristig).

Ohne Figur wird eine Aggregatkontrolle in einer Formanlage beschrieben.

Die beaufschlagten Aggregate in der Formanlage werden so geregelt, daß stets möglichst gleicher Ölverbrauch erreicht wird. Die Speichervolumina verringern sich. Die Aggregate werden kleiner. Die Ölverbräuche minimieren sich. Spitzen im Verbrauch werden vermieden und brauchen nicht mehr gepuffert zu werden.

Mehrere Verbräuche werden über eine Meßeinrichtung im Hydraulikzylinder überwacht. Im Rahmen der steuerungstechnischen Notwendigkeit werden ihre Regelbefehle so ausgelöst, daß der Öldruck/Zeiteinheit für die Gesamtanlage etwa konstant ist.

Claims (9)

1. Verfahren zum Beeinflussen der Qualität von Sandformen aus Sandform-Verdichtungseinrichtungen mit einer ansteuerbaren Verdichtungseinheit, wobei

• (a) der Hydraulikmittelfluß zur Verdichtungseinheit gemessen wird und der Meßwert direkt und/oder als Änderungswert (Differenzierung) eingesetzt wird;
• (b) der Fluß oder die Flußänderung von (a) eingesetzt werden, um Parameter des Sandes oder der Sandformung zu verändern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem

• (a) die Sandmenge verändert wird, die in die Sandform oder den Füllrahmen oder den Formkasten eingefüllt wird, bevor der Preßvorgang beginnt; oder
• (b) die Verdichtungseinheit abgeschaltet wird oder eine Fehlermeldung abgegeben wird, wenn bei Zurückfahren der Stempel auf eine Referenzposition nicht in etwa dieselbe Hydraulik-Flüssigkeitsmenge von der Messung erfaßt wird, die beim Pressen zu den Stempeln geflossen ist; oder
• (c) der Meß- oder Rechenwert Fluidstrom/Zeiteinheit verglichen wird mit Null oder einem kleinen Referenzwert, um das Ende eines Preßvorgangs zu erfassen; oder
• (d) die Verdichtbarkeit des Formsandes verändert wird, die zur Formmaschine gefördert wird, abhängig von dem Gradienten des Hydraulik-Fluidflusses.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Änderung der Ölmengenänderung pro Zeit zur Veränderung des an die Formmaschine geförderten Formsandes in seinem Feuchtegehalt verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Veränderung oder der Stellgrößeneinfluß des zur Formung geförderten Sandes langfristig erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Referenzwert so gewählt wird, daß die Sandform genügend Härte aufweist bei gleichzeitig kürzestmöglicher Preßwirkung.

6. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Veränderung der Verdichtbarkeit durch Zugabe von Wasser erfolgt.

7. Verfahren nach einem der erwähnten Ansprüche, bei dem die Ölstrommengen oder -mengendifferenzmessung in der Formmaschine integriert ist oder ihr zugehörig ist.

8. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Veränderung der Sandmengenzufuhr nur bei vorhergehendem Modellwechsel aktiviert ist.

9. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem zwei Eichkurven (a, b) zur Sandmengenveränderung herangezogen werden, namentlich Stempelhöhe als Funktion der Ölmenge und Sandmenge als Funktion der gemessenen Höhendifferenz.