DE19607659A1 - Verfahren zur Steuerung des Schmelz- bzw. Gießvorgangs insbesondere dentaler Feingußteile - Google Patents
Verfahren zur Steuerung des Schmelz- bzw. Gießvorgangs insbesondere dentaler FeingußteileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Schmelz- bzw.
Gießvorgangs insbesondere dentaler Feingußteile gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Qualität von Feingußteilen, insbesondere dentaler Feinguß
teile wie z. B. Modellgußteile, wird wesentlich beeinflußt vom
sogenannten Gießzeitpunkt. Hierbei handelt es sich um
denjenigen Zeitpunkt, zu dem das durch Erwärmen geschmolzene
Gußmaterial aus einem Schmelztiegel in eine Form bzw. ein
Modell (beim dentalen Modellguß) gegossen wird.
Es sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die
dazu dienen sollen, die Ermittlung des Gießzeitpunkts zu
erleichtern. Diese Verfahren und Vorrichtungen orientieren sich
an Vorgaben, die jedoch nur bedingt anwendbar sind, weil der
jeweilige Schmelzvorgang von sich ständig ändernden Rand
bedingungen begleitet wird. So ändert sich das Schmelzverhalten
des Gußmaterials von der Größe und Lage der aufzuschmelzenden
Rohlinge des Gußmaterials im Schmelztiegel. Das führt dazu, daß
die zum Schmelzen aufgebrachte Energie in unterschiedlichem
Maße zu einer Erwärmung des Gußmaterials führt. Es ändert sich
somit der "Wirkungsgrad" der eingesetzten Energie, was selbst
bei gleichen Gußmaterialien zu unterschiedlichen Schmelzzeiten
führt. Daraus resultieren veränderte Gießzeitpunkte. Der
jeweils günstigste Gießzeitpunkt muß deshalb auch bei den
bereits bekannten Verfahren und Vorrichtungen noch weitestgehend
empirisch ermittelt werden.
Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, ein Verfahren
zur Steuerung des Schmelz- bzw. Gießvorgangs insbesondere
dentaler Feingußteile zu schaffen, das eine verbesserte
Vorherbestimmung des Gießzeitpunkts ermöglicht.
Ein Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe weist die Maßnahmen des
Anspruchs 1 auf. Demnach wird erfindungsgemäß zur Bestimmung
des Gießzeitpunkts das Energieaufnahmevermögen beim Auf
schmelzen des Gußmaterials herangezogen. Das Energieaufnahme
vermögen ist auch abhängig von der Größe der Rohlinge des
Gußmaterials und ihrer Lage im Schmelztiegel. Man erhält somit
Aussagen über die tatsächlichen Schmelzbedingungen. Damit
gelangt man mit relativ großer Genauigkeit zum voraussicht
lichen Gießzeitpunkt. Die den Guß ausführende Person erhält so
zuverlässigere Aussagen als bisher darüber, wann der Guß
erfolgen kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird ein
Teil der beim Aufschmelzen des Gußmaterials zugeführten Energie
(Energiemenge), insbesondere in einer Anfangsphase des
Schmelzvorgangs, zur Bestimmung des Gießzeitpunkts heran
gezogen. Dieser Maßnahme liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zu
Anfang des Schmelzvorgangs sich die jeweils konkret
herrschenden Einflüsse der Größe der Gußrohlinge und der Lage
derselben im Schmelztiegel besonders deutlich anhand der
während eines Gußzeitintervalls aufgebrachten Energie fest
stellen lassen. Insbesondere läßt sich während der Anfangsphase
des Schmelzvorgangs das Energieaufnahmevermögen des zu
schmelzenden Gußmaterials heranziehen, um Rückschlüsse auf den
günstigsten Gießzeitpunkt für die beim momentanen Schmelz
vorgang herrschenden Bedingungen zu ziehen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die im
betreffenden Zeitintervall zum Erwärmen des Gußmaterials
aufgebrachte Energiemenge mit einer im gleichen Zeitintervall
beim vorausgegangenen Schmelzvorgang mit einem Gußmaterial
gleicher Legierung ermittelte Energiemenge verglichen. Dieser
Vergleich liefert einen eine Art "Wirkungsgrad" beim Schmelzen
darstellenden Ankopplungsfaktor, der Rückschlüsse zuläßt auf
die tatsächlichen Gegebenheiten, nämlich inwieweit die zum
Schmelzen eingesetzte, insbesondere elektrische, Energie in
thermische Energie zum Schmelzen des Gußmaterials umgewandelt
wird. Sofern - was in der Regel der Fall sein wird - dabei
Abweichungen von einem zu Vergleichszwecken heranzuziehenden
Schmelzprozeß mit optimalem Gießzeitpunkt auftreten, dient der
erfindungsgemäß ermittelte Ankopplungsfaktor dazu, unter
Berücksichtigung der besonderen Einflüsse des momentanen
Schmelzvorgangs den entsprechenden Gießzeitpunkt vorher
zubestimmen.
Erfahrungen haben gezeigt, daß auch bei Abweichungen von einem
theoretischen Gießzeitpunkt gegossen werden kann, ohne, daß
darunter das Ergebnis leidet. Diese Erkenntnis nutzen viele den
Guß auslösende Personen aus, indem sie aufgrund ihrer
persönlichen Überzeugung oder Erfahrung den Guß früher oder
später auslösen. Deswegen wird in der Praxis ein sich an einem
theoretischen Gießzeitpunkt orientierender Gießzeitpunkts
bereich angegeben, also ein Zeitintervall, in dem der Guß
ausgelöst werden kann. Auch dieser Gießzeitpunktsbereich wird
unter Heranziehung des erfindungsgemäß ermittelten Ankopp
lungsfaktors "gesetzt", nämlich gegenüber Werten aus einem
idealen Schmelzprozeß unter Heranziehung des Ankopplungsfaktors
zeitlich verschoben. Die Bedienungsperson, beispielsweise ein
Zahntechniker, erhält so in gewohnter Weise einen
Gießzeitpunktsbereich vorgegeben; nur ist dieser korregiert,
indem er an die Änderungen, die sich durch die tatsächliche
Größe der Rohlinge des Gußmaterials und die Lage der Rohlinge
im Gießtiegel ergeben, angepaßt ist.
Vorzugsweise erstreckt sich der Gießzeitpunktsbereich über
einen Zeitraum, in dem das zeitliche Energieaufnahmevermögen
des bereits geschmolzenen Gußmaterials im wesentlichen konstant
ist. Dadurch ist es möglich, aus dem vorher ermittelten
Ankopplungsfaktor und die vorgegebene Energiemenge zum
Schmelzen des entsprechenden Gußmaterials den sich über einen
vorgegebenen Zeitraum erstreckenden Gießzeitpunktsbereich
rechnerisch vorherzubestimmen.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird der jeweils
vorgegebene Gießzeitpunkt, bei dem es sich auch um einen
Mittelwert aus einem Gießzeitpunktsbereich handeln kann, mit
dem jeweils vom Zahntechniker gewählten Gießzeitpunkt
verglichen. Dieser Vergleich erfolgt vorzugsweise derart, daß
ein Mittelwert aus dem vorgegebenen Gießzeitpunkt und dem vom
Zahntechniker individuell gewählten Gießzeitpunkt gebildet wird.
Dieser Mittelwert wird als Vorgabe zur Ermittlung des Gießzeit
punkts des nächsten Gusses durch den gleichen Zahntechniker
verwendet. Auf diese Weise nähern sich die neuen Vorgaben
sukzessive an die Gewohnheiten des jeweiligen Zahntechnikers
an. Das erfindungsgemäße Verfahren "lernt" auf diese Weise die
Gewohnheiten des jeweiligen Zahntechnikers. Es ist daraufhin
möglich, den Gießzeitpunktsbereich zu verkleinern, und zwar im
Idealfalle bis hin zu einem genauen Gießzeitpunkt. Der
Zahntechniker weiß dann, daß dieser Gießzeitpunkt seinen Gewohn
heiten entsprechend vorgegeben bzw. vorausberechnet wird und
kann dann genau zu diesem Zeitpunkt den nächsten Guß auslösen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird nachfolgend näher erläutert:
Es wird angenommen, daß es sich beim folgenden Verfahren um die Steuerung des Schmelz- und Gießvorgangs für ein dental technisches Modellgußteil aus einer Edelmetallegierung handelt.
Es wird angenommen, daß es sich beim folgenden Verfahren um die Steuerung des Schmelz- und Gießvorgangs für ein dental technisches Modellgußteil aus einer Edelmetallegierung handelt.
Der Gießvorgang wird dazu manuell von einem Zahntechniker
ausgelöst.
Vorbereitend werden zu den in Betracht zu ziehenden Edelmetallegierungen
Messungen durchgeführt, bei denen vorgegebene
Mengen der jeweiligen Edelmetallegierung geschmolzen werden.
Hierbei wird über die Zeit die zugeführte Energie bis zum
idealen Gießzeitpunkt ermittelt, also die Energiemenge
ermittelt. Man erhält dadurch für eine Edelmetallegierung
einer bestimmten Menge den Gießzeitpunkt und die zum Schmelzen
der Edelmetallegierung (bis zum Gießzeitpunkt) erforderliche
Energiemenge. Weiterhin wird die Energiemenge ermittelt, die
innerhalb einer bestimmten Zeit, vorzugsweise einigen Sekunden
in einer Anfangsphase des Schmelzvorgangs, in der die
Edelmetallegierung noch fest ist, verbraucht worden ist.
Gemessen wird vorzugsweise der sich beim Schmelzen der Edel
metallegierung über der Zeit ändernde Strom, der multipliziert
mit der vorzugsweise konstanten Spannung einen bestimmten
Energiewert ergibt. Die Energiemenge ergibt sich aus der
Integration des sich zeitig ändernden Stroms über die Zeit und
Multiplikation des Integrals mit der konstanten Spannung. Beim
gemessenen Strom handelt es sich um die Stromaufnahme der
Generatorendstufe, nämlich insbesondere den Anodenstrom bei
einem Hochfrequenzgenerator oder den Schwingkreisstrom bei
einem Halbleitergenerator. Die Multiplikation mit der Spannung
kann gegebenenfalls unterbleiben, wenn diese - wie üblich -
konstant ist. Das Stromintegral ist dann proportional zur
Energiemenge.
Die vorstehend geschilderten Messungen liefern für eine
konkrete Edelmetallegierung bestimmter Menge Referenzwerte,
nämlich einen Referenzgießzeitpunkt, eine Referenzgesamt
energiemenge und eine Referenzanfangsenergiemenge. Diese
Referenzwerte werden zu Vergleichszwecken herangezogen beim
Schmelzen einer Edelmetallegierung für einen konkreten Modell
guß.
Für den jeweils durchzuführenden Modellguß werden zunächst
anhand der gewünschten Gußlegierung und die Menge derselben die
passenden Referenzwerte ausgewählt. Dieses sind Referenzwerte
der gleichen Edelmetallegierung einer Menge, die der zu
schmelzenden Menge entspricht oder dieser am nächsten kommt.
Die entsprechenden Rohlinge der zu schmelzenden Edelmetallegierung
werden beliebig im Schmelztiegel angeordnet. Die
Edelmetallegierung im Schmelztiegel wird dann geschmolzen. Die
Stromaufnahme der Generatorendstufe einer Einrichtung zum
Erwärmen der im Schmelztiegel angeordneten Edelmetallegierung,
insbesondere einer Induktionsspule, wird über die Zeit
fortlaufend gemessen. Kurz nach Beginn des Schmelzvorgangs,
beispielsweise nach zwei Sekunden, wird für ein bestimmtes,
kurzes Zeitintervall aus der in dieser Zeit von der
Generatorspule abgegebenen Strommenge die in diesem
Zeitintervall abgegebene Energiemenge ermittelt. Diese
Energiemenge wird dann mit der dem gleichen Zeitintervall
entsprechenden Referenzanfangsenergiemenge verglichen. Dieser
Vergleich erfolgt durch eine Quotientenbildung. Bei diesem
Quotienten handelt es sich um einen das Energieaufnahmevermögen
des zu schmelzenden Gußmaterials darstellenden Ankopplungs
faktor, der die von der Referenzmessung abweichende Menge der
zu schmelzenden Edelmetallegierung und die jeweilige Lage der
Rohlinge der Edelmetallegierung im Schmelztiegel berück
sichtigt. Diese Abweichungen von der Referenzmessung können
beim laufenden Schmelzvorgang kompensiert werden, indem die
Referenzgesamtenergiemenge mit dem Ankopplungsfaktor, der
praktisch dem Wirkungsgrad des laufenden Schmelzvorgangs
entspricht, multipliziert wird. Sobald daraufhin am fort
dauernden Schmelzvorgang eine über die Zeit gleichbleibende
oder sich kaum noch ändernde Energie- bzw. Stromaufnahme
registriert wird, was in der Regel der Fall ist, wenn 75% der
errechneten Energiemenge verbraucht ist, kann der aktuelle
Gießzeitpunkt ermittelt werden. Dazu wird von der errechneten
Energiemenge die bisher verbrauchte Energiemenge abgezogen und
aus der nunmehr über den Rest des Schmelzvorgangs konstante
Energie die noch verbleibende Zeit, die zum Verbrauch der
restlichen Energiemenge erforderlich ist, errechnet. Hieraus
ist der Gießzeitpunkt vorherbestimmbar. Es handelt sich hierbei
um denjenigen Gießzeitpunkt, der für die jeweils zu schmelzende
Edelmetallegierung unter Berücksichtigung der Menge derselben
und der Lage der Rohlinge im Schmelztiegel optimal ist, also
den tatsächlichen Gegebenheiten entspricht.
Vorzugsweise wird aber nicht der konkret ermittelte Gießzeit
punkt angezeigt, sondern ein Gießzeitpunktsbereich, in dem sich
der tatsächlich errechnete Gießzeitpunkt befindet. Der
angegebene Gießzeitpunktsbereich kann so gewählt sein, daß der
tatsächliche Gießzeitpunkt sich mittig in diesem Bereich
befindet. Es ist aber auch denkbar, den Gießzeitpunktsbereich
so zu wählen, daß sich der tatsächlich errechnete Gießzeitpunkt
außermittig hierin befindet oder an einer oberen oder unteren
Grenze liegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der
ermittelte Gießzeitpunktsbereich in Form eines Gießbereit
schaftsfensters in einem Display des Schmelzofens oder ein
Bildschirm einer einem Schmelzofen angeschlossenen Steuerungs- und
Auswerteinrichtung, beispielsweise einem Computer, ange
zeigt.
Gemäß einer Weiterbildung des vorstehend beschriebenen
Verfahrens wird der Gießzeitpunktsbereich angepaßt an die
individuellen Gießgewohnheiten des jeweiligen Zahntechnikers.
Es werden Abweichungen des vom Zahntechniker gewählten Gieß
zeitpunkts vom vorgegebenen bzw. errechneten Gießzeitpunkt
berücksichtigt. Dieses geschieht derart, daß aus dem
vorgegebenen bzw. errechneten Gießzeitpunkt und dem tatsächlich
vom Zahntechniker gewählten Gießzeitpunkt Mittelwerte gebildet
werden, und zwar vorzugsweise für mehrere aufeinanderfolgende
Gießvorgänge. Dadurch lassen sich für zukünftige Gießvorgänge
Gießzeitpunkte berechnen, die sich immer mehr an Gießgewohn
heiten des Zahntechnikers annähern, nämlich vom vorgegebenen
Gießzeitpunkt zu demjenigen Zeitpunkt sich verlagern, zu dem
der jeweilige Zahntechniker den Guß auslöst. Dementsprechend
kann das Gießbereitschaftsfenster verlagert oder auf ein
kleineres Zeitintervall eingeschränkt werden. Gegebenenfalls
kann auf diese Weise das Gießbereitschaftsfenster ersetzt
werden durch einen konkreten Gießzeitpunkt.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der
tatsächlichen Energiemenge beim Schmelzen der zu gießenden
Edelmetallegierung ist auch möglich mit der Strommenge, d. h.
dem Integral der über die Zeit erfolgten Stromaufnahme beim
Schmelzen der Edelmetallegierung. Das Zeitintegral dieser
Stromaufnahme ist bei konstanter Spannung proportional zur
Energiemenge. Wenn die Referenzmessung beim Schmelzen der
Edelmetallegierung mit gleicher Spannung durchgeführt worden
ist, können an der Stelle der Referenzenergiemengen Referenz
strombedarfswerte verwendet werden.
Claims (13)
1. Verfahren zur Steuerung des Schmelz- bzw. Gießvorgangs
insbesondere dentaler Feingußteile, bei dem das Gußmaterial
durch Erwärmen aufgeschmolzen wird und zu einem bestimmten
Zeitpunkt (Gießzeitpunkt) ein Guß des geschmolzenen
Gußmaterials erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Bestimmung des Gießzeitpunkts das Energieaufnahmevermögen
des zu schmelzenden Gußmaterials herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Teil der beim Aufschmelzen des Gußmaterials zugeführten
Energiemenge, insbesondere in einer Anfangsphase des
Aufschmelzens des Gußmaterials, zur Bestimmung des Gießzeit
punkts herangezogen wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Energiemenge während eines
Zeitintervalls, in der die Erwärmung stattfindet, zur
Bestimmung des Gießzeitpunkts herangezogen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die für das betreffende Zeit
intervall ermittelte Energiemenge verglichen wird mit der
Energiemenge, die im korrespondierenden Zeitintervall eines
vorangehenden Schmelzvorgangs ermittelt worden ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß unter Heranziehung von Abweichungen
der Energiemengen der verglichenen Zeitintervalle der
Gießzeitpunkt des jeweiligen Gußmaterials ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß aus Abweichungen der Energiemenge
des verglichenen Zeitintervalls ein Ankopplungsfaktor ermittelt
wird und dieser zur Bestimmung des Gießzeitpunkts des momentan
zu schmelzenden Gußmaterials verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich, in dem sich der Gieß
zeitpunkt befindet (Gießzeitpunktsbereich), ermittelt wird,
insbesondere in Abhängigkeit von der ermittelten Energiemenge
zum Schmelzen der jeweiligen Legierung.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Gießzeitpunktsbereich derart
gewählt wird, daß sich in ihm die Energieaufnahme mit der Zeit
nicht oder nur unwesentlich ändert.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Gießzeitpunktsbereich zwischen
75% und 100% der gesamten Energiemenge zum Schmelzen des
jeweiligen Gußmaterials liegt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Energie zum Schmelzen des
Gußmaterials die Stromaufnahme während des Schmelzvorgangs ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Energie, insbesondere die
Energieaufnahme, ermittelt wird durch Messung des Stroms bzw.
der Stromaufnahme an der Generatorendstufe.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß tatsächliche Gießzeitpunkte mit
einem vorgegebenen Gießzeitpunkt verglichen werden und hieraus
entsprechend angepaßte Gießzeitpunkte für zukünftige
Gießvorgänge ermittelt werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Gießzeitpunktsbereich an den
aus vorangegangenen Gießzeitpunkten ermittelten vorzugebenden
Gießzeitpunkt angepaßt, insbesondere verkleinert wird.
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