DE19941430A1 - Verfahren zur Regelung der Metalldosiermenge - Google Patents
Verfahren zur Regelung der MetalldosiermengeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Gießparameter und insbesondere die Regelung der Dosierung der Metallschmelze (6) in einer Gießkammer (9) einer Vakuum-Druckgießmaschine. DOLLAR A Mit Rechner (14) verbundene Messeinrichtungen (11, 12, 13) erfassen Volumen und Beschaffenheit der Schmelze und in Form eines Regelkreises erfolgt eine Regelung einer Evakuiereinrichtung (15) und/oder eines Vakuumventils (5).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der
Metalldosierung von Druckgiessmaschinen, bei denen die Dosierung
durch Unterdruck erfolgt.
Aus der EP 0 051 310 B1 ist eine Druckgiessmaschine bekannt
geworden, die nach dem sogenannten Vakuum-Druckgiessverfahren
arbeitet. Bei diesem Verfahren wird die Metallschmelze aus
einem Warmhalteofen über ein Ansaugrohr in die Giesskammer
mittels Unterdruck angesaugt, wobei der Unterdruck über einen
Absaugkanal in der Formteilungsfläche der Gießt orm aufgebracht
wird. Der an der Giessform angelegte Unterdruck soll im
wesentlichen 2 Funktionen erfüllen:
Zum einen die Entgasung der Giesskammer und der Form durchführen und zum anderen die zur Teileherstellung erforderliche Metallmenge aus dem Warmhalteofen in die Giesskammer ansaugen. Ein wesentlicher Faktor für die Qualität der Gusswerkstücke ist dabei die Dosiergenauigkeit. Eine hohe Dosiergenauigkeit erfordert auch die entsprechende Einregelung der Maschinenparameter zur Erzielung der gewünschten Prozess- Sicherheit.
Zum einen die Entgasung der Giesskammer und der Form durchführen und zum anderen die zur Teileherstellung erforderliche Metallmenge aus dem Warmhalteofen in die Giesskammer ansaugen. Ein wesentlicher Faktor für die Qualität der Gusswerkstücke ist dabei die Dosiergenauigkeit. Eine hohe Dosiergenauigkeit erfordert auch die entsprechende Einregelung der Maschinenparameter zur Erzielung der gewünschten Prozess- Sicherheit.
Ein bewährtes Verfahren für eine gute Dosiergenauigkeit ist in
der DE 41 12 753 A1 offenbart. Mittels einer Messeinrichtung
wird durch einen Sensor der Füllstand in der Giesskammer
gemessen. Dieses Verfahren ist jedoch nur geeignet für
Kaltkammer-Druckgiessmaschinen, bei denen die Dosierung z. B.
durch einen Dosierlöffel in eine Öffnung der Giesskammer
erfolgt. Die Funktion und die Messgenauigkeit eines Sensors zur
Niveaumessung ist in der EP 0 014 301 ausführlich beschrieben.
Eine nach dem Vakuumverfahren betriebene Druckgiessmaschine
arbeitet in einer Art geschlossenem System, d. h. eine externe
Dosierung findet nicht statt. Eine in der Regel nach oben
gerichtete Dosieröffnung in der Giesskammer, wie in der
DE 41 12 753 beschrieben, ist nicht vorhanden und das Verfahren
der Füllstandsmessung in der Giesskammer somit nicht problemlos
anwendbar.
Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1
stellt sich die Aufgabe ein Verfahren vorzuschlagen, welches
für Vakuum-Druckgiessmaschinen eine hohe Dosiergenauigkeit der
Metallschmelze gewährleistet.
Das Wesen der Erfindung besteht nun darin, das Verfahren aus
der DE 41 12 753 A1 des Erfinders so weiter zu entwickeln, dass
eine Verwendung bei Vakuum-Druckgiessmaschinen möglich ist. Da
eine Niveaumessung in der Giesskammer nicht auf einfache Weise
durchführbar ist, wird die entsprechende Messung in dem
Warmhalteofen durchgeführt. Zu diesem Zweck wird eine Sonde in
den Warmhalteofen eingebaut, die die Füllhöhe der Schmelze und
deren Veränderung während der Dosierphase erfasst. Da die
Erfindung nicht auf die Messung einer Niveauveränderung
beschränkt ist, sondern einen kompletten Regelkreis vorschlägt,
wird aus dem Signal der Sonde ein Istwert gebildet und dieser
mit einem Sollwert verglichen. Der Sollwert wird ermittelt aus
den für eine optimale Teileproduktion erforderlichen Parametern
und mit zulässigen Toleranzen versehen. Das Ergebnis des
Vergleichs von Soll- und Istwert wird in einem Rechner derart
verarbeitet, dass Dosierparameter wie z. B. Unterdruck und
Dosierzeit für eine optimale Giessteilproduktion eingeregelt
werden. Zu diesem Regelprozess sind im Rechner mathematische
und physikalische Formeln und Regeln enthalten die durch
giesstechnisches Fachwissen ergänzt werden. Der Rechner wird
dadurch in die Lage versetzt, die jeweils optimalen
Verfahrensparameter zu ermitteln und die Werte an die
Maschinensteuerung zur Durchführung von Regelvorgängen
weiterzuleiten. Die Niveaumessung kann dabei durch weitere
Messparameter ergänzt werden.
Beispielhaft kann die Ofenfüllung durch das Ofengewicht
ermittelt werden oder die temperaturabhängige Viskosität der
Metallschmelze durch die entsprechende Auswertung einer
Temperaturmessung. Auch eine Überwachung der Ansaugzeit ist an
einem Vakuumventil vorgesehen. Eine Sollwertüberschreitung ist
dabei ein Hinweis auf eine Funktionsstörung bzw. auf eine
fehlerhafte Teileproduktion, wenn die erforderliche Dosiermenge
in diesem Zeitraum nicht durch einen Niveausensor bestätigt
wurde. Alle diese Massnahmen dienen dem Ziel der
Qualitätserhöhung und somit der Minimierung von
Ausschussteilen. Da der gesamte Giessprozess gekennzeichnet ist
durch eine grosse Zahl von Einflüssen, ist es wichtig die
einzelnen Parameter sicher zu beherrschen. So hängt von der
Dosiergenauigkeit nicht nur die Geometrie und Gefügequalität
des Giessteiles ab, sondern auch zu deren Erzielung etliche
Einstellparameter der Druckgiessmaschine. Beispielhaft gilt
dieses für die Umschaltpunkte der druck- oder wegabhängigen
Zuschaltung der einzelnen Giessphasen, ebenso ist die Kenntnis
von Temperatur und Viskosität der Metallschmelze erforderlich
für die Regelung der Giessgeschwindigkeit und den spezifischen
Giessdrücken. Die Einbringung von speziellen
druckgiesstechnischem Fachwissen in Verbindung mit einem
Rechnereinsatz ermöglicht auch eine wesentlich komplexere
Analyse der Istdaten und deren Verwendbarkeit. So kann z. B.
eine vermeintlich zu geringe Schmelzetemperatur durch eine
Erhöhung des Unterdruckes und damit Reduzierung der Dosierzeit
doch zu Gutteilen führen. Druckgiesstechnisches Fachwissen
beinhaltet auch die Kenntnis des Strömungsverhaltens der
Metallschmelze. So wird in der Ansaug- und Dosierphase ein
hoher Unterdruck von z. B. 50 mbar angestrebt, wodurch im
Bereich einer Drossel, die im Einströmbereich des Ansaugrohres
angebracht ist, günstige Einströmgeschwindigkeiten von ca. 4 ÷
10 m/s auftreten.
Mit dem vorgeschlagenen Dosierverfahren ist durch geringen
Aufwand eine hohe Prozess-Sicherheit erreichbar. In den
Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen des erfindungsgemässen Verfahrens angegeben.
In der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
sind weitere Einzelheiten und Vorteile näher erläutert.
Die Figur zeigt die teilweise Darstellung einer Vakuum-
Druckgiessmaschine. Auf der angedeutete festen Aufspannplatte 1
ist die feste Formhälfte 2 aufgespannt. Die bewegliche
Formhälfte 3 ist auf der beweglichen Ausspannplatte 4
befestigt. Die Formhälften 2, 3 sind im geschlossenem Zustand
dargestellt. Das die Entgasung und Dosierung regelndes
Vakuumventil 5 ist auf der beweglichen Formhälfte 3 befestigt.
Das Vakuumventil 5 steht in Wirkverbindung mit einer nicht
näher dargestellten Evakuiereinrichtung 15. Die flüssige
Schmelze 6 befindet sich im Warmhalteofen 7. Die Ansaugung der
Schmelze 6, durch das regelbare Vakuum, findet über das
Saugrohr 8 in die Giesskammer 9 statt. Das Saugrohr 8 ist so
gestaltet, dass auf der Einströmseite eine Drosselstelle bzw.
Querschnittsverengung angebracht ist. Das Mass für die
Querschnittsverengung richtet sich nach dem gewünschten
Ansaugvolumen und damit nach dem Teilegewicht. Insbesondere
wird ein Querschnitt gewählt, der jeweils optimale
Strömungsverhältnisse bzw. Einströmgeschwindigkeiten von ca. 4
÷ 10 m/s gewährleistet. Die eigentliche Einbringung der dann in
der Giesskammer 9 befindlichen Schmelze in den Formhohlraum der
Form 2, 3 geschieht durch das Vorverfahren von Giesskolben 10.
Die Giesskolbengeschwindigkeit ist regelbar und abhängig von
den Verfahrensschritten:
- 1. Überfahren der Ansaugöffnung mit geringer Geschwindigkeit,
- 2. Hohe Geschwindigkeit zur Formfüllung,
- 3. Reduzierende Geschwindigkeit bis auf Null, bei hohem Druck zur Schmelzeverdichtung im Formhohlraum.
Massgeblich für die Dosierung der Schmelze 6 in der Giesskammer
9 ist das Vakuum, wobei die Ansaugzeit über das Vakuumventil 5
geregelt wird. Einfluss auf die Dosiermenge haben verschiedene
Parameter wie z. B. die Größe des Unterdruckes, die Dosierzeit
als Funktion der Regelung des Vakuumventil 5, das Niveau der
Schmelze 6 im Warmhalteofen 7, die Ansaughöhe der Schmelze 6
bezogen auf die Einbauhöhe der Giesskammer 9, die Temperatur
der Schmelze 6 auch als Rückschluss auf die Viskosität.
Zur Erfassung von Einflussgrössen sind im Warmhalteofen 7
beispielhaft Istwertaufnehmer 11, 12, 13 angedeutet. So kann
Sonde 11 das jeweilige Niveau und dessen Veränderung während
der Dosierung erfassen. Eine Temperaturmessung der Schmelze
kann durch Messaufnehmer 12 erfolgen und die Gewichtsmessung
des Schmelzebades erfolgt durch Wiegeeinrichtung 13. Diese
Messwertaufnehmer sind zur Analyse und Verarbeitung der
Istwerte mit einem Rechner 14 verbunden. Neben dem Soll-
Istwertvergleich werden dann im Rechner 14 mit Hilfe der
mathematischen, physikalischen, giesstechnischen und
maschinenspezifischen Gegebenheiten die optimalen
Regelparameter ermittelt. Diese Parameter dienen zur Regelung
der Vakuumeinrichtung und damit zur Erzielung einer hohen
Dosiergenauigkeit. Als Ausgabewert von Rechner 14 kann somit
z. B. die Ansteuerzeit des Vakuumventil 5 oder die Grösse des
Unterdruckes geregelt werden.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene
Ausführungsbeispiel des Verfahrens beschränkt. Sie umfasst auch
vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und
Ausgestaltungen im Rahmen des erfinderischen Gedankens.
Claims (10)
1. Verfahren zur Regelung der Metalldosierung bei Vakuum-
Druckgiessmaschinen, wobei die Dosierung durch Unterdruck und
durch die Ansteuerung eines Vakuumventils (5) erfolgt, dadurch
gekennzeichnet, dass zur genauen Bestimmung der Dosierung der
Metallschmelze (6) in einer Giesskammer (9) die Metallschmelze
(6) innerhalb eines Warmhalteofen (7) durch Istwertermittlung
von Sensor (11, 12, 13) gemessen wird und dass ein Vergleich
der gemessenen Werte mit Sollwerten in einem Rechner (14)
durchgeführt wird und über Rechner (14) Evakuiereinrichtung
(15) und/oder Vakuumventil (5) geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am
Vakuumventil (5) die Durchflusszeit und/oder die
Durchflussmenge regelbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
bei einer Abweichung die ausserhalb dem Toleranzwert liegt der
Rechner (14) einen Regelwert ermittelt der als Regelgrösse auf
eine Evakuiereinrichtung (15) und/oder ein Vakuumventil (5)
einwirkt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Messung des Füllstandes der Schmelze (6) im Warmhalteofen
(7) während der Schmelzeansaugung durch Niveausensor (11)
erfolgt und der Niveausensor (11) in Verbindung mit einem
Rechner (14) steht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Messung der Temperatur der Schmelze (6) im Warmhalteofen
(7) durch Temperatursensor (12) erfolgt und der
Temperatursensor (12) in Verbindung mit einem Rechner (14)
steht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Gewichtsmessung der Schmelze (6) durch eine
Wiegeeinrichtung (13) erfolgt und diese in Verbindung mit einem
Rechner (14) steht.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte der
Sensoren (11, 12, 13) im Rechner (14) auswertbar sind und
gegebenenfalls über einen Algorithmus eine Regelgrösse
erzeugbar ist.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgrösse den
Unterdruck und/oder die Schaltfunktion des Vakuumventil (5)
und/oder die Bewegung des Giesskolben 10 regelt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Istwertüberschreitung, insbesondere Abweichung der
Dosierzeit am Vakuumventil (5) bezogen auf das Ansaugvolumen
der Schmelze (6) in die Giesskammer (9) dieses als
Funktionsstörung und/oder zur Gut- oder Ausschussteilanalyse
verwertbar ist.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck der
Evakuiereinrichtung (15) so geregelt wird, dass die
Einströmgeschwindigkeit der Metallschmelze (6) in das Saugrohr
(8) 4 bis 10 m/s beträgt.
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