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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Schmelz- bzw. Giessvorgangs
insbesondere dentaler Feingussteile gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Die
Qualität
von Feingussteilen, insbesondere dentaler Feingussteile wie z. B.
Modellgussteife, 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.
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Es
sind aus der
DE 35
05 346 A1 und der
DE 26
38 595 B2 verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt,
die dazu dienen sollen, die Ermittlung des Gießzeitpunkts zu erleichtern.
Diese Verfahren und Vorrichtungen orientieren sich am Liquiduspunkt.
Dadurch erhält
man Vorgaben zur Bestimmung des Gießzeitpunkts, die jedoch nur
bedingt anwendbar sind, weil der jeweilige Schmelzvorgang von sich
ständig ändernden
Randbedingungen 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 korrigiert oder beeinflusst werden.
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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.
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Ein
Verfahren zur Lösung
dieser Aufgabe weist die Maßnahmen
des Anspruchs 1 auf. Demnach wird erfindungsgemäß zur Bestimmung des Gießzeitpunkts
das Energieaufnahmevermögen
des zu schmelzenden Gussmaterials beim Aufschmelzen desselben durch
Bestimmung der Energiemenge während
eines Zeitintervalls herangezogen. Das Energieaufnahmevermögen 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 voraussichtlichen Gießzeitpunkt.
Die den Guss ausführende
Person erhält
so zuverlässigere
Aussagen als bisher darüber,
wann der Guss erfolgen kann.
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Gemäß des Verfahrens
wird ein Teil der beim Aufschmelzen des Gussmaterials zugeführten Energie
(Energiemenge), insbesondere in einer Anfangsphase des Schmelzvorgangs,
zur Bestimmung des Gießzeitpunkts
herangezogen. 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 feststellen lassen. Insbesondere läßt sich
während
der Anfangsphase des Schmelzvorgangs das Engergieaufnahmevermögen des
zu schmelzenden Gußmaterials
heranziehen, um Rückschlüsse auf
den günstigsten
Gießzeitpunkt
für die beim
momentanen Schmelzvorgang herrschenden Bedingungen zu ziehen.
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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
Gißzeitpunkt
auftreten, dient der erfindungsgemäß ermittelte Ankopplungsfaktor
dazu, unter Berücksichtigung
der besonderen Einflüsse
des momentanen Schmelzvorgangs den entsprechenden Gießzeitpunkt
vorherzubestimmen.
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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 Gießzeitpunktsbereich
angegeben, also ein Zeitintervall, in dem der Guß ausgelöst werden kann. Auch dieser
Gießzeitpunktsbereich
wird unter Heranziehung des erfindungsgemäß ermittelten Ankopplungsfaktors "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 korrigiert, 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.
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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.
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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 Zahtechniker individuell gewählten Gießzeitpunkt gebildet wird. Dieser
Mittelwert wird als Vorgabe zur Ermittlung des Gießzeitpunkts
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 Gewohnheiten entsprechend vorgegeben bzw. vorausberechnet wird
und kann dann genau zu diesem Zeitpunkt den nächsten Guß auslösen.
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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
Gießvor gangs
für ein
dentaltechnisches Modellgußteil
aus einer Edelmetallegierung handelt.
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Der
Gießvorgang
wird dazu manuell von einem Zahntechniker ausgelöst.
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Vorbereitend
werden zu den in Betracht zu ziehenden Edelmetalllegierungen 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
Edelmetalllegierung 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, vorzugweise einigen Sekunden in
einer Anfangsphase des Schmelzvorgangs, in der die Edelmetallegierung noch
fest ist, verbraucht worden ist.
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Gemessen
wird vorzugsweise der sich beim Schmelzen der Edelmetallegierung 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 zeitlich 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.
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Die
vorstehend geschilderten Messungen liefern für eine konkrete Edelmetallegierung
bestimmter Menge Referenzwerte, nämlich einen Referenzgießzeitpunkt,
eine Referenzgesamtenergiemenge und eine Referenzanfangsenergiemenge. Diese
Referenzwerte werden zu Vergleichszwecken herangezogen beim Schmelzen
einer Edelmetallegierung für
einen konkreten Modellguß.
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Für den jeweils
durchzuführenden
Modellguß werden
zunächst
anhand der gewünschten
Gußlegierung
und der 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 Edelmetalllegierung
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 Ankopplungsfaktor, der die von der Referenzmessung
abweichende Menge der zu schmelzenden Edelmetallegierung und die
jeweilige Lage der Rohlinge der Edelmetallegierung im Schmelztiegel
berücksichtigt.
Diese Abweichungen von der Referenzmessung können beim laufenden Schmelzvorgang
kompensiert werden, indem die Referzenzgesamtenergiemenge mit dem
Ankopplungsfaktor, der praktisch dem Wirkungsgrad des laufenden
Schmelzvorgangs entspricht, multipliziert wird. Sobald daraufhin
am fortdauernden 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.
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Vorzugsweise
wird aber nicht der konkret ermittelte Gießzeitpunkt 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.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der ermittelte Gießzeitpunktsbereich in Form
eines Gießbereitschaftsfensters
in einem Display des Schmelzofens oder ein Bildschirm einer einem
Schmelzofen angeschlossenen Steuerungs- und Auswerteinrichtung,
beispielsweise einem Computer, angezeigt.
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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 Gießzeitpunkts
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 Gießgewohnheiten des Zahntechnikers
annähern,
nämlich
vom vorgegebenen Gießzeitpunkt
zu demjenigen Zeitpunkt sich verlagern, zu dem der jeweilige Zahntechniker
den Guß auslöst. Dementsprechend
kann das Gießbereitschftsfenster
verlagert oder auf ein kleineres Zeitintervall eingeschränkt werden.
Gegebenenfalls kann auf diese Weise das Gießbereitschaftsfenster ersetzt
werden durch einen konkreten Gießzeitpunkt.
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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 Referenzstrombedarfswerte
verwendet werden.