DE1956482B1 - Einrichtung zur Entnahme vorgegebener Mengen schmelzfluessigen Metalls aus einem Schmelzofen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ent- vorzeitig erkaltet. Außerdem kann es durch Zutritt nähme einer vorgegebenen Menge schmelzflüssigen von. Luft zur Oxydation des Metalls kommen. ÜberMetalls aus einem Schmelzofen, die sich besonders dies gelangen Verunreinigungen in die Schmelzflüsfür Öfen mit Druckgasförderung eignet. sigkeit, wenn diese während des Abfüllvorganges

Bei Druckgießmaschinen oder Kokillengießeinrich- 5 über die offene Gießwanne zur Druckgießmaschine tungen ist es notwendig, dem Arbeitsvorgang eine gebracht wird. Zur Erzielung eines einwandfreien genau bemessene Menge sehmelzflüssigen Metalls zu- Gusses ist es unbedingt notwendig, daß das schmelzzuführen. Dies wurde bisher durch Schöpfen aus flüssige Metall ohne jegliche Verunreinigung und auf einem Warmhalteofen vorgenommen, wobei das der entsprechenden Gießtemperatur gehalten wird.
Schöpfgefäß das Maß für die gewünschte Metall- io Nun kann es vorkommen, daß durch den elektromenge darstellte. Dieser Arbeitsvorgang ist sehr zeit- dynamsichen Druck in der Schmelzrinne des beheizraubend, und die metallurgischen Bedingungen zur ten Ofens das feuerfeste Material der Ofenwandung Erzielung gleichmäßiger Gußteile werden bedeu- ausbricht und sich mit dem schmelzflüssigen Metall tend verschlechtert, weil sich durch das Schöpfen des vermischt. Diese Möglichkeit besteht besonders bei Schmelzgutes aus dem Warmhalteofeji bis zur Gieß- 15 jenen Einrichtungen, die mittels Induktionspumpen Vorrichtung, wie z. B. Kokille, die Schmelze schnell die Schmelze aus dem Schmelzofen fördern,
abkühlt und außerdem Schlacken und Verunreini- Bei anderen bekannten Einrichtungen sind dagegen gungen von der Oberfläche des Metallbades abge- wieder die empfindlichen Bauteile, wie z. B. Ventile, schöpft werden müssen. Düsen oder Schwimmer, dauernd mit der Schmelze

Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde versucht, 20 bzw. der Ofenatmosphäre in Berührung. Weiter sind die Metallentnahme aus dem Schmelzofen zu bewerk- Einrichtungen bekannt, bei welchen die Preßkolbenstelligen. Es wurden Einrichtungen vorgeschlagen, hubhöhe der Druckgießmaschine gemessen wird, bei welchen jedoch nicht der gewünschte Erfolg er- Dies hat den wesentlichen Nachteil, daß bei Einlauf zielt werden konnte. der Schmelzflüssigkeit in die Füllkammer ungleiche

Wegen der Aggressivität der schmelzflüssigen Me- 25 Wellenbewegungen an der Badoberfläche entstehen

talle, insbesondere von Aluminium und Aluminium- und dadurch bedeutende Meßungenauigkeiten auf-

legierungen, sowie der hohen Schmelztemperaturen treten.

sind aus Materialgründen, z. B. leichte Schmelzbar- Auch das Prinzip des sogenannten »Herons-

keit u. dgl., Einrichtungen für andere nicht aggressive Balles« versuchte man zur Dosierung anzuwenden,

Metalle, Pumpen od. dgl., nicht anwendbar. 30 wodurch bei Druckveränderung der im Ofenraum be-

Es wurde auch eine Einrichtung bekannt, die ins- findlichen Atmosphäre die Schmelze über einen besondere bei dem Druckabgußverfahren angewandt Kanal in den Füllraum bzw. in den Gießzylinder der wird, wobei auf die Oberfläche eines in einem gas- Druckgießmaschine abgeführt wird. Eine genaue Dodicht verschlossenen Ofengefäß befindlichen Metall- sierung der notwendigen Füllmenge kann aber bei bades ein Gasdruck einwirkt und die Metallentnahme 35 der genannten Einrichtung nicht erzielt werden,
durch ein Rohr erfolgt, welches bis in die Nähe des Aus der belgischen Patentschrift 669 882 sind fer-Gefäßbodens reicht und gasdicht abgeschlossen aus ner zwei Dosiervorrichtungen bekanntgeworden, die dem Ofengefäß herausführt. Bei dieser Einrichtung nach verschiedenen Prinzipien arbeiten,
sind der einwirkende Gasdruck und die Dauer der Bei der nach dem ersten Prinzip funktionierenden Entnahme die maßgebenden Faktoren für die Be- 4° Vorrichtung erfolgt eine Niveaumessung des Füllstimmung der Dosiermenge, vorausgesetzt, daß die Standes einer Füllkammer mittels einer in diese Schmelzbadhöhe im Ofengefäß konstant ist. Da je- Kammer während der Messung hineinreichenden doch mit jeder Entnahme ein Absinken der Schmelz- Sonde, die bei ihrem Ansprechen die Abschaltung des badhöhe verbunden ist, muß von einer Entnahme zur Metalhlusses bewirkt. Gegebenenfalls kann zusatz-. anderen Entnahme der Druck und/oder die Dauer 45 Hch eine Kompensationsvorrichtung vorgesehen werder Entnahme verstellt werden, damit die Dosier- den, die nach einer ersten Fehlbemessung des Kolmenge konstant bleibt, benhubes des Preßkolbens der Druckgießmaschine

Es sind daher Einrichtungen erforderlich, die den infolge des Nachlaufens von schmelzflüssigem Metall

Stand des Metallbades im Ofen erfassen. Wegen der für. die nächsten Kolbenhübe Korrekturen für den

heißen Ofenatmosphäre und der Metallaggressivität 50 Lauf des Kolbenstellmotors bewirkt,

führen diese Einrichtungen jedoch häufig zu Be- Bei der nach dem zweiten Prinzip arbeitenden

triebsstörungen bzw. ungenauen Dosierungen. Wei- Füllvorrichtung wird der Förderschluß von einer

ter sind auch Einrichtungen bekannt, die durch Schaltuhr bestimmt, die auf eine vorbestimmte Zeit

Überlauf, Ventile od. dgl. den Einfluß des veränder- eingestellt ist und mit dem Beginn des Speisevor-

lichen Badspiegels aufheben. 55 ganges zu laufen beginnt. Durch die Voreinstellung

Wird als Ofengefäß ein Induktions-Rinnen-Zwei- einer Zusatzzeit kann auch hier ein Korrekturkammerofen angewandt, der metallurgisch beson- faktor nach einigen Art>eitsgängen berücksichtigt ders vorteilhaft ist, ergibt sich, je nachdem, ob der werden.

Ofen ein- oder ausgeschaltet ist, infolge des elektro- Keine der bekannten Vorrichtungen weist jedoch

dynamischen Druckes in der Rinne eine unterschied- 60 irgendeine Möglichkeit auf, eine integrale Summa-

liche Dosiermenge. Dieses Problem konnte bisher tion von sich zeitlich ändernden Größen vorzuneh-

nicht einwandfrei gelöst werden. men, obwohl es bekannt ist, daß manche Größen,

Bei Druckgießmaschinen ist insbesondere darauf beispielsweise die Fließgeschwindigkeit des schmelz-

zu achten, daß während der Entnahme vom Schmelz- flüssigen Metalls, in Abhängigkeit von der Zeit be-

ofen kein Zeitverlust eintritt. Da ein Zeitverlust mit 65 trächtlichen Änderungen unterworfen sein kann. So

den bekannten Einrichtungen nicht verhindert wer- stellt die Pegelmessung nur eine einmalige digitale

den kann, treten Störungen im Gießverlauf ein, wenn JA/NEIN-Messung des Füllstandes dar, wobei wäh-

das schmelzflüssige Metall während des Abfüllens rend des Füllens die Vorrichtung den einen oder den

anderen Zustand einnimmt und die nur dann anspricht, wenn der eine oder der andere Pegelstand erreicht ist. Ebenso stellt auch die nach dem zweiten Prinzip arbeitende Dosiervorrichtung keine Integrationsvorrichtung dar, denn sie ist ebenfalls nicht in der Lage, erne zeitlich sich ändernde Größe zu berücksichtigen.

Demgegenüber handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Einbringung gleicher Volumina schmelzflüssigen Metalls in eine Gießeinrichtung um eine solche, die in der Lage ist, eine integrale Summation von Meßgrößen durchzuführen, die während eines einzigen Füllvorganges einer beträchtlichen Änderung als Funktion der Zeit unterworfen sein können. Die Meßgrößen sind entweder die direkt gemessene Fließgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Metalls oder eine dieser Größe proportionale Größe, beispielsweise die Fließgeschwindigkeit des zur Förderung verwendeten Druckgases.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Dosierung einer vorgesehenen Menge schmelzflüssigen Metalls unabhängig vom Badspiegel im Ofengefäß und anderen Einflüssen auf die Dosiermenge vorzunehmen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine die Fließgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Metalls abbildende Einrichtung gelöst, deren Ausgangsgröße einer Integriervorrichtung zugeführt ist, die bei Erreichen des der vorgegebenen Menge entsprechenden Integralwertes die Unterbrechung des Metallflusses auslöst.

Die Fließgeschwindigkeit des Metalls kann entweder unmittelbar auf elektromagnetischem Wege gemessen werden, nämlich mittels einer durch ein Magnetfeld im fließenden schmelzflüssigen Metall induzierten Spannung; es ist aber auch eine mittelbare Messung der Fließgeschwindigkeit bei Öfen mit Druckgasförderung möglich, nämlich durch Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Druckgases, die auch ein Maß für die Füeßgeschwindigkeit des Metalls ist.

In diesem Fall ist aber die Messung der Geschwindigkeit jenes Anteiles der Gasmenge, der zur Erliöhung des Druckes im Ofen bis zum Beginn des Ausfließens des Metalls zugeführt werden muß, von der Messung auszuschließen. Dies wird erfindungsgemäß durch einen der Integriervorrichtung vorgeschalteten, vom ausfließenden Metall betätigbaren Schalter erzielt.

Als Integriervorrichtung wird zweckmäßig ein Motor mit strom- oder spannungsabhängiger Drehzahl mit angeschlossenem Umdrehungszähler verwendet, der nach einer einstellbaren Anzahl von Umdrehungen die Unterbrechung des Metallflusses auslöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.

F i g. 1 zeigt einen Induktions-Rinnen-Zweikammerofen mit Druckgasförderung, der für die Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung besonders geeignet ist; in

F i g. 2 ist ein Diagramm mit verschiedenen Zeitabläufen der Ausflußgeschwindigkeit des Metalls dargestellt;

F i g. 3 zeigt eine elektromagnetische Meßeinrichtung zur Ermittlung der Fließgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Metalls; in

F i g. 4 ist.eine Integriervorrichtung dargestellt; Fig. 5 zeigt eine spezielle Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Der in F i g. 1 dargestellte Induktions-Rinnen-Zweikammerofen weist folgenden Aufbau auf: Ein Ofengefäß 1 aus Stahlblech ist mit feuerfester Auskleidung 2 ausgestampft, derart, daß sich eine Füllkammer 3, eine Entnahmekammer 4 und Heizkanäle 5 ergeben. Die Zuführung der Energie erfolgt durch einen Ofentransformator 6, welcher induktiv

ίο das Metall in den Heizkanälen erwärmt, dadurch, daß durch die Heizkanäle und den anschließenden Teil der Ofenkammer eine Sekundärwicklung zur Spule des Ofentransformators gebildet wird.

Zur Entnahme des Metalls 7 mittels Druckabguß wird der Ofen mit zwei gasdichten Deckeln 8 und 9 verschlossen, in welche eine Luftleitung 10 mündet. Die Druckluft wird erzeugt durch einen Verdichter 11 und gesteuert durch ein elektromagnetisch betätigtes Einlaßventil 12 und ein gleichfalls elektromagnetisch betätigtes Auslaßventil 13, und zwar derart, daß bei der Metallentnahme das Einlaßventil 12 geöffnet und das Auslaßventil 13 geschlossen wird, so daß der Druck auf die Oberfläche des Metallbades 7 einwirkt und das Metall durch ein Entnahmerohr 14 ausfließt. Sobald die gewünschte Metallmenge aus dem Entnahmerohr 14 ausgetreten ist, wird das Einlaßventil 12 geschlossen und das Auslaßventil 13 geöffnet und der Ofen somit entlüftet. Diese Vorgänge werden gesteuert durch eine die Fließgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Metalls abbildende Einrichtung 15, deren Ausgangsgröße einer Integriervorrichtung zugeführt ist, die bei Erreichung des der vorgegebenen Menge entsprechenden Integralwertes die Unterbrechung des Metallflusses auslöst.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß sich die Funktion v(t) — das ist der Verlauf der Ausflußgeschwindigkeit ν des Metallflusses in Abhängigkeit von der Zeit t — mit dem Niveau des flüssigen Schmelzgutes im Ofen ändert. Die höhere der beiden in F i g. 2 dargestellten Kurven zeigt die Funktion V₁ (i) für den Extremfall des vollen Ofens bis zur Dosierzeit T, die niedrigere Kurve von Fig. 2 betrifft den Verlauf von V₂ (i) bis zur Dosierzeit T₂ für den zweiten Extremfall des nahezu leeren Ofens.

Die beiden von diesen Kurven eingeschlossenen Flächen entsprechen den ausgeflossenen Metallmengen; diese Flächen müssen gleich sein, damit die Portionsgröße trotz der verschiedenen Niveaus des Gutes im Ofen, das verschiedene Ausflußgeschwindigkeiten ν hervorruft, konstant bleibt. Diese Bedingung wird durch die genannte Integriervorrichtung bei jedem Niveau des flüssigen Schmelzgutes eingehalten.

Bezeichnet man mit:

r=Zeit, während welcher der Ofen unter Druck

steht (Dosierzeit),

F—Austrittsquerschnitt (konstant), k = Einschnürungsfaktor,

so ist das zu dosierende Ausflußvolumen

V=Jc-F-₀Tv(t)dt.

ν (t) ist der Verlauf der Ausflußgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit (F i g. 2). Der Ausflußquerschnitt wird, wie in F i g. 3 gezeigt, aus zwei Segmenten 16 aus wärmebeständigem Isoliermaterial, beispielsweise Asbestzement, sowie zwei Elektroden 17, beispielsweise aus Graphit, gebildet.

Der Ausflußquerschnitt wird von einem starken Magnetfeld, welches von einem Permanent- oder Elektromagnet 18 erzeugt wird, durchsetzt. Fließt im Austrittskanal 19 das schmelzflüssige Metall, so entsteht zwischen den beiden Elektroden 17 eine elektrische Spannung, deren Größe proportional der Geschwindigkeit ist.

Diese Spannung wird über einen Verstärker 20 einer Integriervorrichtung 21 zugeführt. Diese ist beispielsweise ein Stromzähler, welcher bei Erreichen eines bestimmten eingestellten Wertes, des Analogwertes zur Dosiermenge, die Steuerventile umschaltet und somit den Metallzulauf unterbricht.

Die Fig. 4 zeigt, wie die Integriervorrichtung im einzelnen vorteilhaft ausgebildet werden kann.

Die Drehzahl eines Motors 22 ist strom- bzw. spannungsabhängig. Mit der Motorwelle gekuppelt ist eine Gewindespindel 23, auf der sich ein Gleitstück 24 gegen die Gleitbahn 25 abgestützt bewegt.

Nach einer Anzahl von Umdrehungen betätigt das Gleitstück 24 je nach der jeweiligen Drehrichtung einen der Endschalter 26, welcher sodann den Auslauf des Metalls durch Umschalten der elektromagnetischen Luftventile 12 und 13 bewirkt.

Zweckmäßigerweise wird einer der Endschalter verschiebbar angebracht. Wird nach jeder Entnahme die Drehrichtung des Motors umgekehrt, so entspricht der Abstand α zwischen den beiden Endschaltern 26 der Dosiermenge. Die Skala 27 kann daher direkt auf die Entnahmemenge geeicht werden, und die Einstellung der gewünschten Menge erfolgt durch Einstellen des Endschalters auf den gewünschten Wert.

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Ausflußgeschwindigkeit indirekt gemessen wird.

In der Luftzuleitung zum Ofen befindet sich ein Meßgerät 29, welches die Luftgeschwindigkeit mißt, das ist z. B. eine Staudüse oder Meßblende. Der pneumatische Meßwert wird in einem Meßwertumformer 30 in eine elektrische Größe umgeformt und über den Verstärker 20 der Integriervorrichtung 21 zugeleitet. Unter Berücksichtigung des durch den Verdichter 11 vorgegebenen Druckes entspricht das zugeführte Luftvolumen dem ausfließenden Metallvolumen. Die Luftmenge jedoch, die zum Aufbau des Druckes im Ofen erforderlich ist, bis es zum Austreten des Metalls aus der Ausströmöffnung des Entnahmerohres 14 kommt, darf nicht mitgemessen werden.

Es ist deshalb erforderlich, an der Ausströmöffnung einen Schalter 31 anzubringen, der eine Messung erst ab dem Zeitpunkt des beginnenden Ausfließens bewirkt. Zweckmäßigerweise bedient man sich hierbei eines bekannten sogenannten berührungslosen Annäherungsschalters, welcher bei Annäherung eines Metallkörpers schaltet.

Die vorliegende Erfindung gestattet die genaue Dosierung schmelzflüssiger Metalle aus einem Warmhalte- oder Schmelzofen, ohne daß die Höhe des schwankenden Badspiegels oder andere die Dosiermenge beeinflussende Faktoren gemessen werden müssen, wobei alle empfindlichen Teile, welche dauernd mit der aggressiven Schmelze oder der heißen Ofenatmosphäre in Verbindung stehen, entfallen können. Ferner erübrigen sich alle Einrichtungen, die eine zusätzliche Bildung von Oxyden verhindern oder Oxyde sowie andere Verunreinigungen nicht in die Gießvorrichtung gelangen lassen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich für sämtliche Schmelz- und Warmhalteöfen, insbesondere für Zweikammer-Rinnen-Induktionsöfen mit Druckabguß, der bisher für automatische Dosierung mit Druckabguß nicht eingesetzt werden konnte.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Entnahme einer vorge- A gebenen Menge schmelzflüssigen Metalls aus ™ einem Schmelzofen, insbesondere einem Ofen mit Druckgasförderung, gekennzeichnet durch eine die Fließgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Metalls abbildende Einrichtung (15, 29), deren Ausgangsgröße einer Integriervorrichtung (21) zugeführt ist, die bei Erreichen des der vorgegebenen Menge entsprechenden Integralwertes die Unterbrechung des Metallflusses auslöst.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße der die Fließgeschwindigkeit abbildenden Einrichtung (15) eine durch ein Magnetfeld im fließenden schmelzflüssigen Metall induzierte Spannung ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, für Öfen mit Druckgasförderung, dadurch gekennzeichnet, daß die die Fließgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Metalls abbildende Einrichtung eine in die Druckgaszuführungsleitung eingeschaltete Meßeinrichtung (29) für die Strömungsgeschwindig- -g keit des Druckgases ist. '

4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen der Integriervorrichtung vorgeschalteten, vom ausfließenden Metall betätigbaren Schalter (31).

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Integriervorrichtung (22) aus einem Motor mit strom- oder spannungsabhängiger Drehzahl mit angeschlossenem Umdrehungszähler (23, 24) besteht, der nach einer einstellbaren Anzahl von Umdrehungen die Unterbrechung des Metallflusses auslöst.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen