DE1955677C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Menge und Zusammensetzung von fließfähigem, selbsthartendem Form stoff - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stufenlosen Regeln der Menge und Mengenanteile einer aus mehreren körnigen und gegebenenfalls flüssigen Komponenten bestehenden Mischung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es sind Mischer zur Herstellung von Formsanden für Gießereizwecke bekannt, die in kontinuierlichem oder aussetzendem Betrieb arbeiten. Bei diesen Mischern wird die Zusammensetzung des Formsandes vor der Inbetriebnahme eingestellt und die Einstellung während des Betriebes beibehalten, wobei durch (Mitsprechende Regeleinrichtungen sichergestellt ist, daß die Mengenanteile der Mischung konstant bleiben. Da die den einzelnen Komponenten zugeordneter. Dosiereinrichtungen bei diesen bekannten Mischern nur einzeln verstellt werden können, ist eine Änderung der Gesamtmenge des herzustellenden Formsandes oder der Mengenanteile der Komponenten während des Betriebes nicht möglich, ohne daß es für einen längeren Zeitraum zu einer Hers!ellung von Formsand kommt, der nicht die gewünschte Zusammensetzung hat. Dies folgt insbesondere daraus, daß es in den meisten Fällen nicht genügt, lediglich den Anteil einer einzigen Komponente zu ändern. Vielmehr bedingt eine Änderung einer Komponente meist auch die Änderung anderer Komponenten, was bei den bekannten Mischern nur nacheinander vorgenommen werden kann. Nach der vorgenommenen Einstellung der zu ändernden Dosiereinrichtungen während des Betriebs des Mischers würde darüber hinaus noch eine geraume Zeit verstreichen, bis die Mischung homogen ist, was /u einem weiteren Ausschuß des Formsandes führen würde.

Weitere Schwierigkeiten zur Änderung der Mischungsanteile während des Betriebs der bekannten Mischer für Formsande sind dadurch bedingt, daß häufig ungleichartige Antriebssysteme für die einzelnen Dosiereinrichtungen, z.B. neben elektrischen pneumatische Antriebssysteme, sowie ungleichartige Dosierungsarten, beispielsweise volumetrische Dosierung für flüssige Komponenten und durch das Gewicht gesteuerte Dosierung für körnige Komponenten, verwendet werden. Dadurch fehlt der gemeinsame Bezugspunkt für eine gleichzeitige und stufenlose Regelung der Dosiereinrichtungen während des Betriebes.

Die bekannten Mischer für Formsande für Gießereizwecke müssen daher zur Änderung der Gesamtmenge des gefertigten Formsandes bei gleichbleibenden Mengenanteilen der Komponenten und bei einer Änderung der Anteile einzelner Komponenten an der gleichbleibenden Gesamtmenge der Mischung, sowie auch bei einer Änderung von Zusammensetzung und Gesamtmenge der Mischung stillgesetzt werden. Dies führt zu erheblichen Leerlaufzeiten, die insbesondere dann stark ins Gewicht fallen, wenn während eines Arbeitszyklus eine häufige Änderung der Menge und Zusammensetzung des Formsandes erforderlich ist. Dies ist zur Anpassung der Menge und Zusammensetzung des Formsandes an unterschiedliche Gießbedingungen und unterschiedliche Form- und Kerngrößen oft der Fall.

Es ist auch eine Vorrichtung zum Herstellen von Kunststoffen aus mehreren Komponenten bekannt, die eine gründliche Durchmischung und Homogenisierung der Komponenten und des Gemischs bewerkstelligen soll. Zur Einhaltung der den Komponenten, angepaßten Homogenisierungs- und Mischbedingungen wird ein vorgegebenes Dosierprogramm eingehalten, wobei der Druck und die Dosiermenge durch während des Betriebs synchronisierte und regelbare Pumpen aufrechterhalten wird. Die Synchronisierung der unterschiedlichen Regelventile, Pumpen, Motoren od. dgl. soll beispielsweise durch ein Transistor-Programm-System erfolgen, mit welchem die Zusammensetzung der Mischung vorprogrammiert wird. Diese bekannte Mischvorrichtung zum möglichst genauen Einhalten der günstigsten Bedingungen für das

Aushärten einer zu mischenden Kunststoffmasse ist kompliziert und aufwendig und insbesondere für eine moderne und wirtschaftliche Herstellung von Formsanden für Gießereizwecke zur Fertigung von häufig wechselnden Kurzserien von Gießlingen unterschiedlicher Größe und unterschiedlichen Gewichts nicht geeignet.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche sich für die Herstellung von fließfähigen, selbsthärtendcn Formsanden für Gießereizwecke eignen und ein einfaches imkJ daher wenig zeitaufwendiges Ändern der Zusammensetzung und. oder der Menge des Formsandes während des Betriebs je nach erforderlicher Rezeptur sowie deren Einhaltung erlauben.

Erfindungsgemäß wird für ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen daß beim Herstellen fließfähigen, selbsthärtenden Formsandes für Gießereizweeke die Dosierungsenergie als Meß- und Regelgröße verwendet wird.

Aus mechanischer Sicht gilt, daß für das Dosieren sowohl von unterschiedlichen Gesamtmengen einer Mischung, als auch der Mengenanteile der einzelnen Komponenten proportionale Energiemengen erforderlich sind, wobei die für die Gesamtmenge verbrauchte Dosierungsenergie in jedem Regelzustand der Summe der zur Dosierung der einzelnen Komponenten \ erbrauchten Teilenergien entspricht. Dies bietet die Möglichkeit, beispielsweise eine größere Gesamtener»ie, die anteilig auf die einzelnen Dosierungseinrichiungcn verteilt wird, zuzuführen, was zur Lieferung einer entsprechend größeren Formsandinenge bei unveränderlichem gegenseitigem Verhältnis d r Komponenten führt. Wird hingegen für eine einzelne Dosierungseinrichtuug die zugeführte Teilenergie geregelt, dann kann entsprechend die Zusammensetzung des Funnsaiulcs geändert werden, wobei die Gesamtenergie und damit die Gesamtmenge durch Nachregelung auf einem bestimmten Wert gehalten oder insgesamt verändert werden kann.

Die Verwendung der zugeführten Dosierungsenergie als Meß- und Regelgröße erlaubt darüberhinaus die genaue Einhaltung einer Rezeptur und deren schnelle Änderung durch gleichzeitige Änderungen der Mengen und Mengenanteile der einzelnen Komponenten während der kontinuierlichen Herstellung. Dadurch sind Inhomogenitäten in der Mischung '•ermieden, was die verlustlose Fertigung von Formen und Kernen unterschiedlicher Größe und Zusammensetzung zuläßt und einen Ausschuß fehlerhafter Gießlinge auf Grund fehlerhafter Zusammensetzung des Formsandes ausschließt.

Ferner ermöglicht die Erfindung eine Regelung der Härtezeit des Formsandes, was eine Regelung der Geschwindigkeit des Härteverlaufes zur Anpassung an technologische Gegebenheiten erlaubt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer Vorrichtung mit Dosiereinrichtungen, deren Dosiermenge für jede Komponente regelbar ist und die miteinander synchronisierbar sind, vorgeschlagen, daß die Dosiereinrichtungen mit elektrischen Einzeli'ntrieben versehen sind, die jeweils stufenlos regelbar sind, und daß eine Gruppensteuerung vorgesehen ist, mit welcher die Einzclantriebe gruppenweise miteinander gekoppelt stufenlos regelbar sind, wobei die jeweilige Regelgröße die Antriebsleistung ist und die jeweilige Antriebsleistung der Einzclantriebe und ihre Gruppenleistung durch Meßeinrichtungen meßbar sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einer ferngesteuerten Automatik ausgestattet sein und sowohl auf einem Einzelstand, als auch an einei Fertigungsstraße eingesetzt werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

ίο Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. I den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung von Formsand,

F i g. 2 die Vorderansieht der Vorrichtung, F i g. 3 den Schnitt längs der Hauptachse, F i g. 4 das Schaltschi >.a für eine stufenlose Leistungsregelung der einzelnen Dosiereinrichtungen samt automatischer Leistungsregelung der Vorrichtung,

F i g. 5 ein Flußschema und
F i g. 6 ein Regelkennfcld.

Die F i g. 5 und 6 sind samt den darauf bezogenen Beschreibungsteilen als nachgeholtes Beispiel nachträglich in die vorliegenden Unterlagen eingebracht.

Gemäß F i g. 1 hat die Vorrichtung einen Behältersatz A mit einem Dosiersystem B zum Dosieren von drei körnigen Komponenten und ein Dosiersystem C zum Dosieren der flüssigen Komponenten. Wie aus Fig.4 hervorgeht, sind die Dosiereinrichtungen mit Einzelsteuersystemen I) zur stufenlosen Drehzahlregelung der Einzelantnebe der Dosiereinrichtungen gesteuert. Ferner sind alle Dosiereinrichtungen zusätzlich mit einem Steuerungssystem E zur stufenlosen gleichzeitigen automatischen Regelung verbunden. Dadurch kann eine unabhängige Steuerung einzelner bzw. im automatischen Zyklus blockierten Dusicrs) sterne erzielt werden..

Wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich, befindet sich am Unterteil des Vorrichtungskörpers 1 ein mit eingebautem Filter 3 versehener Behälter 2 für flüssige Komponenten, der mittels einer Rohrleitung 4 mit einer Dosierpumpe 5 verbunden ist. Die Dosierpumpe ist durch eine Antriebswelle 6 vom Elektromotor? über ein auf den Deckel 9 montiertes Übersetzungsgetriebe 8 angetrieben.

Der Elektromotor? treibt gleichzeitig über das Getriebe 8 und ein Getriebe 10 das im Deckel 9 gelagerte Rührwerk 11 an.

Die Dosierpumpe 5 ist mittelj der mit einem Überlaufventil 13 und einem Absperrventil 14 ausgestatteten Rohrleitung 12 mit einem schwenkbar an der Vorrichtung befestigten Mischer 15 verbunden. Auf der Konsoje 16 des Mischers 15 ist schwenkbar eine Vergießeinrichtung 21 gelagert.

Im Trog des Mischers 15 sind die Mischerwclle 24

und im Trog der Vergießeinrichtung 21 die Schnekkenwelle 25 drehbar gelagert, wobei beide Wellen 24 und 25 von elektrischen Einzelantrieben 26 und 27 angetrieben sind.

Im oberen Teil des Vorrichtungskörpers 1 sind für die körnigen Komponenten bestimmte Behälter 30, 31 und 32 angeordnet. In den Behältern 31 und 32 für eine Härtungskomponente und eine Aktivierungskomponente sind Rühreinrichtungen 33 und 34 vorgesehen, die von einem elektrischen Antrieb 38 angetrieben sind. An den Auslaß des Behalten; 30 für

eine Füllkomponcntc schließt cine von einem Elektromotor 41 angetriebene Banddosiereinrichtung 40 an. Den Behältern 31 und 32 sind Schncckendosicrer 44 und 45 zugeordnet, von denen jeder mit einem elektrischen Einzelantrieb 46, 47 versehen ist. Alle diese Dosicrcinrichtungen fördern ihre Komponenten durch einen gemeinsamen Beschickungstrichter 48 in die Mischmaschine 15.

Wenn die Dosiereinrichtungen 40 und 44 eingesetzt sind, kann ein Dreikomponentenformsand erhalten werden, während durch den zusätzlichen Einsatz der Dosiereinrichtung 45 ein Vicrkomponcntenformsand mit Härtungszeitregclung erhalten svcrdcn kann.

Die Behälter 30, 31 und 32 für die körnigen Kornponcnten sind mit dem in die Behälterwände eingebauten Standanzeiger 49 und der Behälter 2 für die flüssigen Komponenten mit dem Standanzeiger 50 ausgestattet.

Neben dem Behälter 2 ist im Vorrichtungskörper 1 ein ausschicbbarer Schaltschrank 51 mit Steuer-, Regel-, Kontroll- und Signalapparaturcn angeordnet. Auf dem Boden des Schaltschrankcs ist ein Elektromotor 52 aufgestellt, der über eine Übersetzung 53 (F i g. 4) einen Rcvcrsierantrieb des Schiebers 54 eines Autotransformators 55 bewerkstelligt. Die beiden Klemmen 56« und 56 ft des Autotransformators sind mittels Leitungen 57« und 57 b an das elektrische Net/ angeschlossen. Von der K'crnrnc 56c< und vorn Schieber 54 führen Leitungen 58 und 58 a zu Klemmen 59 und 59 α einer Meßeinrichtung 60, sowie zu Klemmen 61 und 61 α, 62 und 62«, 63 und 63«, 64 und 64 «. Von den Klemmen 61, 61 α und 61 /; führen Leitungen 65, 65 « und 65 b zu Schützen 66 und weiter zu einem Gleichrichtersystem 67, das seinerseits über Leitungen mit einem Gleichstrommotor 41 verbunden ist. Von den Klemmen 62, 62«, 62 b führen Leitungen 68, 68 a. 68 b zu Schützen 69 und weiter zu den Klemmen eines Autotransformators 70 mit Schieber 71 sowie zum Gleichrichtersystem 72, das über Leitungen mit einer Meßeinrichtung 73 und einem Gleichstromelektromotor 7 verbunden ist.

Voa den Klemmen 63. 63 «, 63 b führen Leitungen 74, 74 a. 74 b zu den Schützen 75 und weiter zu den Klemmen des Autotransformators 76 mit dem Schiebcr 77 sowie zum Gleichrichtersystem 78, das über Leitungen mit der Meßeinrichtung 79 und dem Gleichstromelektromotor 46 verbunden ist. Von den Klemmen 64, 64 a, 646 führen Leitungen 80. 80 t?, 80 b zu den Schützen 81 und weiter zu den Klemmen des Autotransformators 82 mit dem Schieber 83 sowie zum Gleichrichtersystem 84, das über Leitungen mit der Meßeinrichtung 85 und dem Gleichstrom- eleklromotor 47 verbunden ist.

Die Meßeinrichtungen 83, 79, 85 sind in der Stirn- wand 86 des Schaltschrankes 51 eingebaut, ebenso wie die Autotransformatoren 70. 76, 82, wobei die letzteren mit an den Schiebern 71, 77, 83 befestigten Handrädern 87, 88, 89 versehen sind.

In der Stirnwand 86 ist gleichfalls ein Hauptschal-

92 und 92 a, die Signalleuchten 93 und Zweipunktumschalter 94 an einem Schaltbrett 91 untergebracht sind. In einem am Ende der Vergießeinrichtung 21 montierten Steuerkasten 95 sind eine Meß- einrichtung 96, Steuerdruckknöpfe 97, 97 a für den Antrieb 26 des Mischers 15, Steuerdruckknöpfe 98, 98 a für den Antrieb 27 der Vergießeinrichtung 21, Sleucrdruckknöpfe 99, 99 a zur Drehrichtungssteue rung des Elektromotors 52, Steuerdruckknöpfe 100 100« zur Blockadesteuerung und ein Druckknop 101 für das Anhalten der Vorrichtung eingebaut.

Das Anschalten der Vorrichtung an das Netz erfolgt durch Umstellen des Hauptschalters 90. Danach wird die Arbeitsweise der Vorrichtung, d. h »Blockadesteuerung« bzw. »Einzelsteucrung« an derr Zwcipunktumschaltcr 94 eingestellt. Die Einzelsteuc rung wird durch Betätigung der entsprechenden Steuerdruckknöpfe 92 zwecks Eichung der Dosicrcinrich· lungcn 40, 44 und 45 sowie der Dosierpumpe 5 erzielt, was beim Anfahren der Vorrichtung bei Arbeitsbeginn erforderlich ist. Der Schaltzustand wire durch entsprechende Signalleuchtcn 93 angezeigt.

Mittels den Handrädern 87, 88, 89 wird die vorgeschriebene Zusammensetzung des Formsandes eingestellt, wobei die einzelnen Fördermengen an der Meßeinrichtungen 73, 79, 85 abgelesen werden Durch Betätigung des Druckknopfs 99 oder 99 a de; Elektromotors 52 wird die verlangte Gesamtfördermenge vorgewählt, was an der Meßeinrichtung 9f abgelesen werden kann.

Der Reihe nach werden mittels Druckknopf 97 dei Antrieb 26 des Mischers 15, mittels Druckknopf 9F der Antrieb 27 der Vergießeinrichtung 21 und mit tels Druckknopf 100 die übrigen Antiebe in Gang gesetzt. Damit fängt die Vorrichtung ihren Arbeitsgang an.

Die körnigen Komponenten aus den Behältern 30 31, 32 werden mit den Dosiercinrichtungen abgemessen und durch den Beschickungstrichtcr 48 in den Mischer 15 gefördert, wobei gleichzeitig mit den Dosiereinrichtungen 44 und 45 die Rühreinrichtungcr 33 und 34 gekuppelt zusammenarbeiten, was eine einwandfreie Beschickung der Dosicrcinrichtungen 44 und 45 sicherstellt.

Gleichzeitig mit den körnigen Komponenten werden die flüssigen Komponenten aus dem Behälter 2 durcli das Filter 3 und die Rohrleitung4 von der Dosierpumpe 5 angesaugt und durch die Rohrleitung 12 in den Mischer 15 gefördert. Gleichzeitig mit der Dosierpumpe 5 ist das Rührwerk 11 in Gang, was eine einwandfreie Gleichartigkeit der flüssigen Kompo nentcnmischung sicherstellt.

Die in die Mischmaschine 15 cindosic ten körni gen und flüssigen Komponenten werden mittels dci Mischerwelle 24 intensiv gemischt und in die Vergieß einrichtung 21 gefördert, wo ein weiterer Mischpro zeß stattfindet.

Die stufenlose Regelung der Zusammensetzung des Formsandes, die auf dem Wege der einzelner Mengenregelung der volumetrisch dosierten Kompo nenten erfolgt, wird im Ruhezustand und im Betriet der Vorrichtung mittels 'den Handrädern 87, 88, 8i eingestellt, wobei die Fördermengen der dosierter Komponenten an den Meßeinrichtungen 73, 79, 8i abgelesen werden können.

Die Mengenregelung zur automatischen stufenla sen Herstellung des Formsandes ist mit Druckknop

f on J OO *tr j: t^

«« on ..-.J OO - *

3 J'|

knöpfe den Elektromotor 52, der Ober die Überset zung 53 den Schieber 54 des Autotransformaton, 5J in Diehbewegung bringt, in Gang setzen. Infolgedes sen findet eine gleichzeitige and proportionale Ände rung der Spannung des Speisestromes statt, was ein« proportionale Drehzahländerung -der Gleichströme iektromotoren 7, 4i, 46, 47 bewirkt, weiche entspre

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ehend die Antriebe der Dosierpumpe 5 und der Dosiereinrichtungen 4(t, 4J und 45 bilden, wobei die Menge des hergestellten Formsandes von der Meßeinrichtung 98 angezeigt wird.

Das sofortige Ausschalten der Vorrichtung erfolgt nach Betätigung des Druckknopfcs 101.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in F i g. 5 für den technologischen Ablauf pfeilartige Bezeichnungen verwendet, wobei ein gerader Pfeil die Dosiermenge, ein bogenförmiger Pfeil gleicher Dicke die Drehzahl, ein bogenförmiger Pfeil mit abnehmender Dicke eine kontinuierlich veränderliche Einstellung und ein spiralförmiger Pfeil die Mischbewegung bezeichnen.

Ein Kennfeld für eine kontinuierliche stufenlose Dosierung der körnigen und flüssigen Komponenten sowie der stufenlosen Regelung der Menge des gefertigten Formsandes ist in F i g. 6 dargestellt, wobei die Einzelmengen jeder dosierten Komponente durch von einem Schnittpunkt O laufende gerade Linien dargestellt sind.

Das durch den Schnittpunkt O gezogene Koordinatensystem bildet ein Diagramm für eine kontinuierliche, individuelle Regelung der Einkomponentenmengen und eine kontinuierliche Regelung der Gesamtmenge des gefertigten Formsandes, wobei die Ordinate den Mengen der Einzelkomponenten V unc der Gesamtmenge Q des hergestellten Formsandes dagegen die Abszisse der Änderung u dieser Mengen zugeordnet sind.

Das Geradenbündel in dem Diagramm der Fig. ( kennzeichnet die Gesamtenergien Q sowie die Einzelcnergien für die Bestandteile des Formsandes an körnigen Komponenten Vk und an flüssigen Komponenten Vj. Durch Rechts- bzw. Linksdrehung der Geraden um O, was durch bogenförmige Pfeile angedeutet ist, wird eine stufenlose Leistungsänderung erreicht, wobei die Steuerung der Einzellcistungen gesondert der Reihe nach oder auch in beliebiger Reihenfolge

is und gleichzeitig, aber stets stufenlos stattfindet.

Beispielsweise kennzeichnet die senkrechte, durch den Punkt i geführte Gerade den Zustand für ein« bestimmte erforderliche Gesamtmenge Q, die aus der Summe der lockeren Komponenten Vk und der flüs-

ao sigen Komponenten Vj zusammengesetzt ist, was in dem Diagramm mit geraden Pfeilen bezeichnet ist.

Ein derartiges Diagramm gemäß F i g. 6 dient zur Programmierung beliebiger Zusammensetzung und Menge des Formsandes während eines ununterbrochenen Fertigungsvorganges.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum stufenlosen Regeln der Menge und Mengenanteile einer aus mehreren körnigen und gegebenenfalls flüssigen Komponenten bestehenden Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herstellen fließfähigen selbsthärtenden Formsandes für Gießereizwccke die Dosierungsenergie als MeB- und Regelgröße verwendet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Herstellen von fließfähigen, selbsthärtenden Formmassen aus mehreren körnigen und gegebenenfalls flüssigen Komponcnten für Gieliereizweeke, mit Dosiereinrichtungen, wobw deren Dosiermenge für jede Komponente regelbar ist, wobei die Zuführung der Komponenten synchronisierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinrichtungen (5, 40, 44, 45) mit elektrischen Einzclantrieben (7, 41, 46, 47) versehen sind, die jeweils stufenlos regelbar sind und daß eine Gruppensteuerung (E) vorgesehen ist, mit welcher die Einzelantriebe gruppenweise miteinander gekoppelt stufenlos regelbar sind, wobei die jeweilige Regelgröße die Antriebsleistung ist und die jeweilige Antriebsleistung der Einzelantriebe und ihre Gruppenleistung durch Meßeiiirichtu .gen (73, 79, 85) meßbar sind.

3. Vorrichtung nach An:pruch2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe (7, 46, 47) der Dosiereinrichtungen (5, 40, 44, 45) Nebenschlußmotoren mit stufenlüser Drehzahlregelung sind, deren Ankerwicklungen jeweils über Gleichrichtersysteme (72, 78, 84) und Regeltransformatoren (70, 76, 82) mit gleicher Erregerspannung gespeist sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe (7, 41, 46, 47) der Dosiereinrichtungen (5, 40, 44, 45) an einen stufenlos regelbaren Autotransformator (55) angeschlossen sind, durch welchen die Spannung des die Antriebe speisenden Stroms bei gleichbleibender Erregcrspannung gleichzeitig veränderbar ist.

5 Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Autotransformator (55) automatisch regelbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppenleistung vorwählbar ist.