DE19607659A1 - Verfahren zur Steuerung des Schmelz- bzw. Gießvorgangs insbesondere dentaler Feingußteile - Google Patents

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.

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.