DE1956482C - Einrichtung zur Entnahme vorgegebe ner Mengen schmelzflussigen Metalles aus einem Schmelzofen - Google Patents

Description

Dje Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ent- '-._ nähme einer vorgegebenen Menge schmelzflüssigen Metalls aus einem Schmelzofen, die sich besonders für öfen mit Druckgasförderung eignet.

Bei Druckgießmaschinen oderKokillengießeinrichtungen ist es notwendig, dem Arbeitsvorgang eine ,. genau bemessene Menge schmelzfjüssigen Metalls zuzuführen. Dies wurde bisher durch Schöpfen aus einem Warmhalteofen vorgenommen, wobei das Schöpfgefäß das Maß für die gewünschte Metallmenge darstellte. Dieser Arbeitsvorgang ist sehr zeitraubend, und die metallurgischen Bedingungen zur Erzielung gleichmäßiger Gußteile werden bedeutend verschlechtert, weil sich durch das Schöpfen des Schmelzgutes aus dem Warmhalteofen bis zur Gießvorrichtung, wie z. B. Kokille, die Schmelze schnell abkühlt und außerdem Schlacken und Verunreinigungen von der Oberfläche des Metallbades abgeschöpft werden müssen.

Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde versucht, die Metallentnahme aus dem Schmelzofen zu bewerkstelligen. Es wurden Einrichtungen vorgeschlagen, bei welchen jedoch nicht der gewünschte Erfolg erzielt werden konnte.

Wegen der Aggressivität der schmelzflüssigen Meta'le, insbesondere von Aluminium und Aluminiumlegierungen, sowie der hohen Schmelztemperaturen sind aus Materialgründen, z. B. leichte Schmelzbarkeit u. dgl., Einrichtungen für ande ι nicht aggressive Metalle, Pumpen od. dgl., nicht anwendbar.

Es wurde auch eine Einrichtung bekannt, die insbesondere bei dem Druckabgußverfahren angewandt wird, wobei auf die Oberfläche eines in einem gasdicht verschlossenen Ofengefäß befindlichen Metallbades ein Gasdruck einwirkt und die Metallentnahmj durch ein Rohr erfolgt, welches bis in die Nähe de* Gefäßbodens reicht und gasdicht abgeschlossen aus dem Ofengefäß herausführt. Bei dieser Einrichtung sind der einwirkende Gasdruck und die Dauer der Entnahme die maßgebenden Faktoren für die Bestimmung der Dosiermenge, vorausgesetzt, daß die Schmelzbadhöhe im Ofengefäß konstant ist. Da jedoch mit jeder Entnahme ein Absinken der Schmelzbadhöhe verbunden ist, muß von einer Entnahme zur anderen Entnahme der Druck und/oder die Dauer der Entnahme verstellt werden, damit die Dosiermenge konstant bleibt.

Es sind daher Einrichtungen erforderlich, die den Stand des Metallbades im Ofen erfassen. Wegen der heißen Ofenatmosphäre und der Metallaggressivität führen diese Einrichtungen jedoch häufig zu Betriebsstörsngen bzw. ungenauen Dosierungen. Weiter sind auch Einrichtungen bekannt, die durch Überlauf) Ventile od, dgl. den Einfluß des vera'nderliehen Badspiegels aufheben.

Wird als Öfengefäß ein induktions-Rinnen-Zwetkai imerofcn angewandt, der metallurgisch besonders vorteilhaft ist, ergibt sieh, je nachdem, ob der Ofen ein- oder ausgeschaltet ist, infolge des elektrodynamischen Druckes in der Rinne eitle Unterschied* liehe Dosiermenge, Dieses Problem konnte bisher nicht einwandfrei gelöst Werden.

Bei Druckgießmaschincn ist insbesondere darauf zu achten, daß wahrend der Entnahme vom Schmelzofen keifi Zeitverlust eintritt, Da ein Zeitverlust mit dm\ bekannten Einrichtungen nicht Verhindert werden kann, treten Störungen im öießverlauf ein, wenn das schntelzflüssige Metall Während des Abiüllens vorzeitig erkaltet. Außerdem kann es durch Zwtril von Luft zur Oxydation des Metalls kommen über dies gelangen Verunreinigungen in die Schrnelzflüs

ßigkeit, wenn diese während des AbfiHIvorgange über die offene Gießwanne zur Druckgießmaschini gebracht wird. Zur Erzielung eines einwandfreie*

Gusses ist es unbedingt notwendig, daß das schmelz flüssige Metall ohne jegliche Verunreinigung uari au

. der entsprechenden Gießtemperatur gehalten wild,

ίο Nun kann es vorkommen, daß durch den elektro dynamsichen Druck in der Schmelzrinne des beheiz ten Ofens das feuerfeste Material der Ofenwandunj ausbricht und sich mit dem schmelzflüssigen Metal vermischt. Diese Möglichkeit besteht besonders be jenen Einrichtungen, die mittels Induktionspumper die Schmelze aus dem Schmelzofen fördern.

Bei anderen bekannten Einrichtungen sind dageger wieder die empfindlichen Bauteile, wie z. B. Ventile, Düsen oder Schwimmer, dauernd mit der Schmelze bzw. der Ofenatmosphäre in Berührung. Weiter sind Einrichtungen bekannt, bei welchen die Preßkolbenhubhöhe der Druckgießmaschine gemessen wird. Dies hat den wesentlichen Nachteil, daß bei Einlauf der Schmelzfiüssigkeit in die Füllkammer ungleiche

as Wellenbewegungen an der Badoberfiäche entstehen und dadurch bedeutende Meßungenauigkeiten auftreten.

Auch das Prinzip des sogenannten »Herons-Balles« versuchte man zur Dosierung anzuwenden, wodurch bei Druckveränderung der im Ofenraum befindlichen Atmosphäre die Schmelze über eineii Kanal in den Füllraum bzw. in den Gießzylinder der Druckgießmaschine abgeführt wi^rd. Eine genaue Dosierung der notwendigen Füllmenge kann aber bei der genannten Einrichtung nicht erzielt werden.

Aus der belgischen Patentschrift 669 882 sind ferner zwei Dosiervorrichtungen bekanntgeworden, die nach verschiedenen Prinzipien arbeiten.

Bei der nach dem ersten Prinzip 'unktionierenden

Vorrichtung erfolgt eine Niveaumessung des Füllstandes einer Füllkammer mittels einer in diese Kammer während der Messung hineinreichenden Sonde, die bei ihrem Ansprechen die Abschaltung des Metallflusses bewirkt. Gegebenenfalls kann zusätzlieh eine Kompensationsvorrichtung vorgesehen werden, die nach einer ersten Fehlbemessung des Kolbenhubes des Preßkolbens der Druckgießmaschine infolge des Nachlaufens von schmelzflüssigem Metall für die nächsten Kolbenhübe Korrekturen für den Lauf des Kolbenstellmotors bewirkt.

Bei der nach dem zweiten Prinzip arbeitenden Füllvorrichtung wird der Förderschluß von einer Schaltuhr bestimmt, die auf eine vorbestimmte Zeit eingestellt ist und mit dem Beginn des Speisevor-

ganges zu laufen beginnt, Durch die Voreinstellung

einer Züsatzzeit kann auch hier ein Korrekturfaktor nach einigen Afbeitsgängen berücksichtigt Werden.

Keine der bekannten Vorrichtungen Weist jedoch

irgendeine Möglichkeit auf, eine iritegr&le Summation von sich zeitlich ändernden Größen vorzunehmen, obwohl es bekannt ist, daß manche Größen, beispielsweise die Fließgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Metalls, in Abhängigkeit von der Zeit be-

träciitlichen Änderungen Unterworfen sein kann, Slo stellt die Pegelmessung nur eine einmalige digitale JA/NElNVMessUng des Füllstandes dar, wobei während des Füllens die Vorrichtung den einen öder den

anderen Zustand einnimmt und die nur dann an- Fig,5 zeigt eine spezielle Ausbildung der erfin-

spricht, wenn der eine oder der andere Pegelstand d«ngsgemäßen Einrichtung,

erreicht ist. Ebenso stellt auch die nach dem zweiten Der in Fig, l dargestellte Jnduktions-Ivnnen-

Prinzip arbeitende Dosiervorrichtung keine Integra- Zweikammerofen weist folgenden Aulbau am:

lötvorrichtung dar, denn sie ist ebenfalls nicht in 5 Ein Ofengefäß 1 aus Stahlblech ist mit feuerfester

der Lage, eine zeitlich sich ändernde Größe zu be- Auskleidung 2 ausgestampft, derart, daß Sich eine

rücksichtigen, Füllkammer 3, eine Entnahmekammer 4 und Heiz-

Demgegenüber handelt es sich bei der erfindungs- kanäle 5 ergeben. Die Zuführung der Energie erfolgt

gemäßen Einrichtung zur Einbringung gleicher Vo- durch einen Ofentransformator 6, welcher induktiv

lumina schmelzflüssigen Metalls in eine Gießeinrich- io das Metall in den Heizkanälen erwärmt, dadurch, da|i

tung um eine solche die in der Lage ist, eine inte- durch die Heizkanäle und den anschließenden I eil

grale Summation von Meßgrößen durchzuführen, die der Ofenkammer eine Sekundärwicklung zur Spule

während eines einzigen Füllvorganges einer beträcht- des Ofentransformators gebildet wird,

liehen Änderung als Funktion der Zeit unterworfen Zur Entnahme des Metalls 7 mittels Druckabguß

sein können. Die Meßgrößen sind entweder die direkt 15 wird der Ofen mit zwei gasdichten Deckeln 8 und y

gemessene Fließgeschwindigkeit des schmelzflüssigen verschlossen, in welche ekv Luftleitung 10 mundet.

Metalls oder eine dieser Größe propotional Größe, Die Druckluft wird erzeugt durch einen Verdichter

beispielsweise die Fließgeschwindigkeit des zur For- 11 und gesteuert durch ein elektromagnetisch betatig-

derung verwendeten Druckgases. tes Einlaßventil 12 und ein gleichfalls elektromagne-

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, 20 tisch betätigtes Auslaßventil 13, und zwar derart, aau die Dosierung einer vorgesehenen Menge schmelz- bei der Metallentnahme das Einlaßventil 12 geottnet flüssigen Metalls unabhängig vom Badspiegel im und das Auslaßventil 13 geschlossen wird, so claU Ofengefäß und anderen Einflüssen auf die Dosier- der Druck auf die Oberfläche des Metallbades 7 einmenge vorzunehmen, wirkt und das Metall durch ein Entnahmerohr 14

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine _a5 ausfließt. Sobald die gewünschte Metallmenge aus die Fließgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Metalls dem Entnahmerohr 14 ausgetreten ist wird das Einabbildende Einrichtung gelöst, deren Ausgangsgröße laßventil 12 geschlossen und das Auslaßventil IJ geeiner Integriervorrichtung zugeführt ist, die bei Er- öffnet und der Ofen somit entlüftet. .....

reichen des der vorgegebenen Menge entsprechenden Diese Vorgänge werden gesteuert durch eine die

Integralwertes die Unterbrechung des Metallflusses 30 Fließgeschwindigkeit des schmelzflussigen Metalls

auslöst. abbildende Einrichtung 15, deren Ausgangsgröße

Die Fließgeschwindigkeit des Metalls kann ent- einer Integriervorrichtung zugeführt ist, die bei Erweder unmittelbar auf elektromagnetischem Wege ge- reichung des der vorgegebenen Menj;e entsprechenmessen werden, nämlich mittels einer durch ein Ma- den Integralwertes die Unterbrechung des Metallgnetfeld im fließenden schmelzflüssigen Metall indu- 35 flusses auslöst. . . zierten Spannung; es ist aber auch eine mittelbare Aus Fig. 2 geht hervor, daß sich die Funktion Messung der Fließgeschwindigkeit bei öfen mit ν(O — das ist der Verlauf der Ausflußgeschwindig-Druckgasförderung möglich, nämlich durch Messung keit ν des Metallflusses in Abhängigkeit von der der Strömungsgeschwindigkeit des Druckgases, die Zeit t — mit dem Niveau des flüssigen Schmelzgutes auch ein Maß für die Fließgeschwindigkeit des Me- ₄₀ im Ofen ändert. Die höhere der beiden in Fig. I tails ist. dargestellten Kurven zeigt die Funktion v, (/) fur den

In diesem Fall ist aber die Messung der Geschwin- Extremfall des vollen Ofens bis zur Dosierzeit 7\

digkeit jenes Anteiles der Gasmenge, der zur Er- die niedrigere Kurve von Fig. 2 betrifft den Verlaut

höhung des Druckes im Ofen bis zum Beginn des von V₂(O bis zur Dosierzeit T₃ fur den zweiten bx-

Ausfließens des Metalls zugeführt werden muß, von ₄₅ tremfäll des nahezu leeren Ofens,

der Messung auszuschließen. Dies wird erfindungs- Die beiden von diesen Kurven eingeschlossenen

semäß durch einen der Integriervorrichtung vorgc- Flächen entsprechen den ausgeflossenen Metallmen-

schalteten. vom ausfließenden Metall betätigbaren gen; diese Flächen müssen gleich sein, damit die Por-

Schalter erzielt tionsgröße trotz der verschiedenen Niveaus des

Als Integriervorrichtung wird zweckmäßig ein ,₀ Gutes im Ofen, das verschiedene AusfluBgeschwin-Motor mit strom- oder spannungsabhängiger Dreh- digkeiten ν hervorruft, konstant bleibt. Diese Bedinzahl mit angeschlossenem Umdrehungszähler ver- gung wiH durch die genannte Integriervorrichlung wendet, der nach einer einstellbaren Anzahl von Um- bei jedem Niveau des flüssigen Schmelzgutes eindrehungen die Unterbrechung des Metallflusses aus- gehalten. i_öst ,. Bezeichnet man mit:

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der T=Zeit, während welcher der Ofen unter Druck

Zeichnung dargestellt. steht (Dosierzeit),

Fi g 1 zeigt einen InduktionS-Rinnen-Zweikam- F=* Austnttsquerschnitt (konstant),

men.fen mit Druckgasförderung, der für die Anwen- λ = Einschnürungsfaktor,

dung der erfinduugsgemäßen Einrichtung besonders _6o so ist das zu dosierende Ausflußvolumen

geeignet ist; in y = k - F - _nTv(t)dt.

Fiß. 2 ist ein Diagramm mit verschiedenen Zeit- " ,..·,·.·

ablaufen der Ausflußgeschwindigkeit des Metalls v(0 ist der Verlauf der Ausflußgesehwindigkeit in

dargestellt; · Abhängigkeit von der Zeit (Fig. 2).

F 1 ß 3 zeigt eine elektromagnetische Meßeinrich- 65 Der Ausflußquerschmtl wird, wie in Fi g. 3 geneigt,

tunn rat Ermittlung der Fließgeschwindigkeit des ms »/ei Segmenten 16 aus wärmebeständigem Iso-

schrnelzflüssigen Metalls; in Hermatcnal. beispielsweise Asbestzemetit, Sowie zwei

F ι ρ 4 ist eine Integriervorrichtung dargestellt; Elektroden 17, beispielsweise aus Graphit, gebildet.

Der AusflliüqUef-sehnitt Svird Von einem starken Magrictfeidj welches vori einem Permanent- öder !Elektromagnet 18 erzeugt wifdj durchsetzt. Fließt im Austrittskanal 19 das schmelzrliissige Metall,- so entsteht zwischen den beiden Elektroden 17 eine elektrische Spannung^; deren Große proportional· der Geschwindigkeit ist.

Diese Spannung wird über einen Verstärker 20 einer Integriervorrichtung21 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.

F i g. 5 zeigt ein anderes Alisführungsbeispiel, bei dem die Ausflußgeschwindigkeit indirekt gemessen wird.

In der l.uftzuleitung zum Ofen befindet sich ein Meßgerät 29. welches die laufgeschwindigkeit mißt, das ist 7. B. eine Staudüse oder Meßblende. Der pneumalische 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 L.uftmenge 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 Äusflicßens bewirkt. Zweckmäßigerweise bedient man sich hierbei eines bekannten sogenannten berührungslosen Annäherungsschalters, welcher bei Annäherung eines Metallkörpers schaltet.

Die vöflicgdnäe Erfindung gestattet die genaue Dosierung schmcizfiüssiger Metalle aus einem Warmhalte- oder Schmelzofen, ohne daß die Höhe des schwankenden Badspicgels oder andere die Dosiermenge beeinflussende Faktoren gemessen werden müssen, wobei alle empfindlichen Teile, welche dauernd rhit der aggressiven Schmelze oder der heißen Ofenatmosphäre in Verbindung stehen, entfallen können. Ferner erübrigen sich alle Einrichtun-

gen, 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 Dfuckabguß nicht eingesetzt werden konnte.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Entnahme einer vorgegebenen Menge schmelzflüssigcn Metalls aus eir.ifn Schmelzofen, insbesondere einem Ofen

as mit Druckgasförderung, gekennzeichnet durch eine die Fließgeschwindigkeit des schmelzfiüssigen Metalls abbildende Einrichtung (IS, 29). deren Ausgangsgröße einer Integriervorrichtung (21) zugeführt ist, die bei Erreichen des der vorgegebenen Menge entsprechenden Integral wertes 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 schmelzfiüssigen 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 Strömungsgeschwindigkeit 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 spänriungsabha'ngiger Örehzahl mit angeschlossenem Umdrehungszähler (23, 24) besteht, der nach einer einstellbaren Anzahl von Umdrehungen die Unterbrechung des Metallflusses auslöst.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen