DE2061168A1

DE2061168A1 - Verfahren zum Steuern einer elektromagnetisch betaetigten Metallgiessvorrichtung

Info

Publication number: DE2061168A1
Application number: DE19702061168
Authority: DE
Inventors: Koichi Hirano; Hirohiko Shibutami; Akira Yamada
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1969-12-13
Filing date: 1970-12-11
Publication date: 1971-06-24
Also published as: US3791437A

Description

Dr.-Ing. Wüh&im heichel Dipl-Ing. Woligang Reiciiel

6 Frankfurt a. M. 1
Paricsiraße 13

6528

KABUSHIKI KAISHA. YASKAWA DENKI SEISAKUSHO, Fukuoka-ken, Japan.

Verfahren zum Steuern einer elektromagnetisch betätigten Metallgießvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer elektromagnetisch betätigten Metallgießvorrichtung, der das in einem Schmelzöfen geschmolzene Metall über einen das geschmolzene Metall aufbewahrenden Speicherofen zugeführt wird und aus der das geschmolzene Metall in aufeinanderfolgend angelieferte Gießformen gegossen wird, wobei die Metallgießvorrichtung einen Behälter für das geschmolzene Metall, einen mit dem Behälter verbundenen Kanal und eine elektromagnetische Pumpe aufweist, die das in dem Kanal befindliche geschmolzene Metall zu einem Ausguß pumpt, von dem es in die Gießformen gegossen wird.

Das Gießen von geschmolzenem Metall findet im allgemeinen bei rauhen und vollkommen unkontrollierten Arbeite- und Betriebsbedingungen statt, beispielsweise in einer mit Metalldampfen durchsetzten Umgebungsluft und bei hohen Temperaturen. Bei solchen Betriebsbedingungen ist es äußerst schwierig, die Gießarbeiten schnell und automatisch durchzuführen. Zum Automatisieren der Gießvorgänge kann man zwar eine hinreichend gute Steuerung oder Regelung zwischen dem Metallschmelzofen und einer Metallgießvorrichtung erreichen. Wenn man jedoch berücksiohtigt, daß das erschmolzene Metall nur schrittweise oder stufenweise aus dem Schmelzofen der Gießvorrichtung zugeführt werden kann, und die Gießvorrichtung auf einem Förder band angeordnete Gießformen aufeinanderfolgend mit geschmolzenem Metall auffüllen eoll, erhält man nur schwer miteinander ver-

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einbarende Bedingungen, die auf einen gleichmäßigen Durchflußwert des geschmolzenen Metalls störend einwirken, so daß man die Fertigungs- oder Gießgeschwindigkeit herabsetzen muß, um minderwertige Gußstücke oder Ausschuß zu vermeiden. Weiterhin muß die elektromagnetische Pumpe in diesen Fällen in der Lage sein, einen großen Betriebsbereich zu überstreichen.

Zum anderen ist die Verwendung von elektromagnetischen Pumpen zweckmäßig, um automatische Gießvorgänge durchzuführen. Wenn man jedoch eine gewisse geschmolzene Metallmenge aus dem Schmelzofen dem Schmelzmetallbehälter der Gießvorrichtung zuführt und das. zugeführte geschmolzene Metall aufeinanderfolgend in Gießformen gießt, entstehen gewisse Schwierigkeiten, da sich das Niveau oder der Pegel des geachmolzenen Metalls in dem Schmelzmetallbehälter der Gießvorrichtung ständig ändert, so daß die pro Zeiteinheit in eine Gießform abgegebene geschmolzene Metallmenge nicht konstant ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, die obigen Nachteile durch ein verbessertes Verfahren zum Steuern der elektromagnetisch betätigten Metallgießvorrichtung zu beseitigen. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren nach der Erfindung in einer ersten Weise dadurch gelöst, daß mit der Zufuhr von geschmolzenem Metall aus dem Speicherofen in den Behälter der Gießvorrichtung begonnen bzw. aufgehört wird, wenn· das Erreichen des unteren bzw. des oberen Grenzstands des geschmolzenen Metalls in dem Behälter nachgewiesen wird, und daß die elektromagnetische Pumpe eingeschaltet bzw. ausgeschaltet wird, wenn eine vorbestimmte Gießform eine vorgegebene zum Gießen geeignete Stellung erreicht hat, bzw. wenn diese Gießform vollständig mit geschmolzenem Metall angefüllt ist.

Das eingangs beschriebene Verfahren ist nach einer weiteren Lösung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Erreger spannung der Pumpe von einer Einrichtung derart verändert wird, daß *ie während der aufeinanderfolgenden Gießvorgänge zum Anfüllen der aufeinanderfolgenden Gießformen mit geschmolzenem

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Metall von einem Anfangsspannungswert aus, der jeweils gleich dem bei dem vorangegangenen Gießvorgang erreichten Grundspannungswert ist, stetig und allmählich angehoben wird.

Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung wird also der Endwert der Erregerspannung des vorangegangenen Gießvorganges gespeichert und als Anfangswert für den nächsten Gießvorgang benutzt. Dadurch wird der in der Gießvorrichtung absinkende Spiegel des geschmolzenen Metalls durch eine erhöhte Förderleistung der elektromagnetischen Pumpe ausgeglichen. Dabei wird ein konstanter Durchflußwert des ausgegossenen Metalls erreicht. Wenn die Gießvorrichtung mit geschmolzenem Metall aufgefüllt wird, muß der Wert der Erregerspannung entsprechend abgesenkt werden.

Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung wird eine Steuerung der elektromagnetisch betätigten Metallgießvorrichtung dadurch vorgenommen, daß der Pegel oder das Niveau des in dem Behälter der Gießvorrichtung befindlichen geschmolzenen Metalls gemessen oder abgefühlt wird und beim Erreichen eines vorgegebenen unteren Pegels geschmolzenes Metall aus dem Speicherofen '·<zugeführt wird. Sobald der Metallpegel in dem Behälter einen vorgegebenen oberen Stand erreicht, wird die Zufuhr unterbunden. Unabhängig davon wird das Ein- und Abschalten der elektromagnetischen Pumpe durch die Lage einer zu füllenden Gießform bezüglich der Gießvorrichtung und in Abhängigkeit von dem Stand des geschmolzenen Metalls in der einzufüllenden Gießform gesteuert.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß das Auffüllen der Gießvorrichtung mit geschmolzenem Metall unabhängig von dem Ausgießen des geschmolzenen Metalls aus der Gießvorrichtung in αie Gießform vorgenommen wird. Da es sich um zwei unabhängige Steuerungen handelt, ist der gesamte Steuervorgang einfach. Die Pumpe arbeitet vorzugsweise mit einer konstanten Leistung. Allerdings kann man auch hier durch Einstellen der Erregerschaltung den Durohflußwert des geschmolzenen Metalls ändern. Im allgemeinen wird aber bei dieser ereten Ausführungsform der Erfin-

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dung die von der elektromagnetischen Pumpe auf das geschmolzene Metall ausgeübte Antriebskraft konstant gehalten, um eine stabile und gleichmäßige Ausgußstromung zu erhalten.

Ein bevorzugstes Auführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Figuren beschrieben.

Die Figur 1

Die Figur 2

Die Figur 3

ist ein Querschnitt durch eine elektromagnetisch betätigte Metallgießvorrichtung nach der Erfindung.

zeigt von oben eine Schnittansicht durch eine nach der Erfindung aufgebaute elektromagnetisch betätigte Metallgießvorrichtung.

ist eine Seitenansicht einer für das Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 benutzte elektromagnetische Pumpe.

zeigt die Anordnung von mehreren Vorrichtungen oder Geräten zur Ausführung der Erfindung.

veranschaulicht an einem Blockschaltbild ein Steuerverfahren bei einem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.

zeigt in einer grafischen Darstellung die Änderung der Erregungsspannung einer elektromagnetischen Pumpe für das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der Figur 4 ist eine Anordnung mit mehreren Vorrichtungen zur Ausführung der Erfindung dargestellt, und zwar mit einem Metallschmelzofen A, einer Rinne B, einem Speicher- oder Vorratsofen C für das gesohmolzene ^aIl mit einer Warmhaltevorrichtung D,

Die Figur 4

Die Figur 5

Die Figur 6

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bei der es sich beispielsweise um eine Induktionsspule handeln kann, einer Gießvorrichtung E für das geschmolzene Metall, einer Gießform F, einem Niveaudetektor G, bei dem es sich beispielsweise um einen Schwimmerschalter handeln kann, der das Niveau oder den Pegel des geschmolzenen Metalls in einem Behälter 1 für das geschmolzene Metall feststellen soll, einen Füllniveaudetektor H, der das Killniveau oder den Vollstand des geschmolzenen Metalls in der Gießform feststellt, und eine Transportoder Fördervorrichtung J, die die Gießform weiterbefördert. Wie es insbesondere aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, enthält die Metallgießvorrichtung einen Schmelzmetallbehälter 1... und einen sich an den Behälter 1 anschließenden Schmelzraetallkanal 2. Der größte Teil des Kanals 2 verläuft etwa horizontal unterhalb des unteren Grenzniveaus des geschmolzenen Metalls in dem Schmelzmetallbehälter 1. Eine elektromagnetische Pumpe ist derart ausgebildet und angeordnet, daß sie den Schmelzmetallkanal 2 aufnimmt. Wie es in der Figur 3 gezeigt ist, weist die elektromagnetische Pumpe 3 einen lamellierten Eisenkern 31 mit mehrern Nuten oder Schlitzen 33 auf, in die Wicklungen 32 von Wechselstromphasen U, V und W eingebracht sind. Durch die Wechselstromerregung der Wicklungen wird längs des Luftspalte im Eisenkern ein wanderndes Magnetfeld erzeugt, das dem geschmolzenen Metall in dem Kanal 2 eine Antriebskraft mitteilt. Ein Ausguß 4, der mit dem Kanal 2 in Verbindung steht, beginnt an einer Stelle, die etwas über dem oberen Grenzniveau oder Grenzetand H des geschmolzenen Metalls liegt und erstreckt sich unter einer geringen Steigung zu einer Ausgangsöffnung 5 hin. Die von der elektromagnetischen Pumpe 3 auf das im Kanal 2 befindliche geschmolzene Metall ausgeübte Antriebskraft ist derart gerichtet, daß das geschmolzene Metall von dem Behälter zum Ausguß 4 gepumpt wird. Dabei steigt das geschmolzene Metall in dem Ausguß 4 an und fließt schließlich über die Ausgußöffnung 5 in die Gießform F. Sobald die Gießform F mit der erforderliehen geschmolzenen Metallmenge angefüllt ist, spricht der Vollstandfühler H an und veranlasst, daß die elktromagnetische Pumpe 3 abgeschaltet wird. Daraufhin fließt das. noch im Ausguß

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befindliche geschmolzene Metall sofort in den Kanal 2 zurück, bo daß der Gießvorgang ziemlich abrupt beendet wird. Gleichzeitig wird der Transportvorrichtung J ein Signal/zugeführt, um die Form F weiter zu befördern.

Das in dem Schmelzofen A erschmolzene Metall wird über die Rille B in den Vorrats- oder Speicherofen C gegeben und dort im geschmolzenen Zustand aufbewahrt. Wenn das im Behälter 1 befindliche geschmolzene Metall den unteren Grenzstand L erreicht, stellt dies der Detektor oder fühler G fest und veranlasst, daß der Speicherofen C gekippt wird, um den Behälter 1 nachzufüllen. Sobald in dem Behälter 1 das geschmolzene Metall den oberen Grenzstand H erreicht, gibt der Fühler G ein Signal ab, das ,.dazu dient, den Vorratsofen G aus seiner Kippstellung in seine Normalstellung zurückzubringen, um den Nachfüllvorgang zu beenden. Das Nachfüllen oder Nachliefern von geschmolzenem Metall aus dem Vorratsofen C in den Behälter 1 wird von einem Signal gesteuert, das von dem Niveaudetektor oder Niveaufühler G stammt und daher nahezu unabhängig von dem eigentlic hen Gießvorgang in die Gießform F isfc. Daher iat bei diesem Nachfüllvorgang eine genaue Steuerung nicht erforderlich. Wenn man den Rauminhalt des Behälters 1 hinreichend groß macht, wird die von der elektromagnetischen Pumpe 3 erzeugte Antriebskraft durch Schwankungen oder Änderungen des Schmelzmetallpegels nicht beeinflußt. Sobald festgestellt iat, daß sich die'Gieß_r form in einer für den Gießvorgang geeigneten vorgegebenen Stellung befindet, wird die elektromagnetische Pumpe 3 erregt oder eingeschaltet. Sobald die Gießform hinreichend hoch oder vollständig mit geschmolzenem Metall angefüllt ist, wird die Erregung an der elektromagnetischen Pumpe 3 abgeschaltet. Wenn die Gießformen alle gleich groß sind, ist es nicht notwendig, die Erregungsstärke einzustellen. Der Gießvorgang kann daher stets äußerst genau durchgeführt werden. Wenn die Gießformen verschieden groß sind, kann man die Erregung einstellen oder verändern. Zur Beendigung des Gießvorganges kann man auoh die !elektromagnetische Pumpe 3 umpolen, so daß die auf das ge-

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schmolzene Metall einwirkende Antriebskraft umgekehrt wird, um das Ausgießen des geschmolzenen Metalls noch schneller und , wirkungsvoller zu unterbinden.

In der Figur 5 ist eine Ausfuhrungsform der Erfindung im " Einzelnen gezeigt.

Die dort dargestellte Metallgießvorrichtung 6 enthält eine elektromagnetische Pumpe 7» die etwa in der Mitte der Vorrichtung angeordnet ist, einen auf der einen Seite der Pumpe angeordneten Schmelzmetallbehälter 8 und einen auf der anderen Seite der Pumpe angeordneten Ausguß 9· Der das geschmolzene Metall enthaltende Behälter 8 und der Schmelzmetallausguß 9 stehen über einen Kanal oder ein Rohr miteinander in Verbindung. In der elektromagnetischen Pumpe sind auf der einen oder auf den beiden Seiten der Rohres oder Kanals,+dessen Breite klein ist und der aus einem hitzebeständigen,Material besteht, ■ flache Eisenkerne angebracht. Die einander gegenüberliegenden Eisenkerne sind mit mehrphasigen Wechselstromwicklungen versehen. Wenn die Wicklungen erregt sind, wird ein in axialer Richtung des Rohres oder Kanals fortschreitendes oder wanderndes Magnetfeld erzeugt, das in seiner Wanderr^ichtung eine Antriebskraft auf das im Kanal befindliche geschmolzene Metallausübt. Der Schmelzmetallbehälter ist derart ausgebildet, daß der tiefvste Stand des geschmolzenen Metallspiegels höher ist als die elektromagnetische Pumpe 7 und daß der Bereich oder die Fläche des Behälters derart groß ist, daß etwaige durch das Gießen des Metalls hervorgerufene Änderungen oder Schwankungen des Metallspiegels so klein wie möglich sind. Der Ausguß 9 weist etwa die gleiche Querschnittsfläche auf, wie das Rohr oder der 'kanal der elektromagnetischen Pumpe 7. Der Ausguß weist eine zur Auegußöffnung oder Ausgußdüse 10 hinführende Steigung auf. Die Ausgußöffnung 10 befindet sich an einer .^Stelle, die oberhalb des höchsten Pegele des geschmolzenen Metallspiegele in den Behälter 8 liegt.

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Bei dieser nach der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung "ist
die elektromagnetische Pumpe 7 mit geschmolzenem Metall stets
angefüllt, und das in dem Rohr oder Kanal der Pumpe befindliche geschmolzene Metall wird durch Erregung der Pumpenwicklungen über die Ausgangsdüse oder Ausgangsöffnung 10
ausgestoßen. Zum Ein* und Abschalten der Erregung und zum
Einstellen der Erregungsspannungen sind ein Regler 11, ein ' Steuermotor 12 und ein, Schalter 13 vorgesehen. Dem Schmelz-

( ^β i. j

metallbehälter 8 wird das geschmolzene Metall von einem ;

Schmelzofen über einen dazwischengeschalteten Speicherofen t zugeführt, die beide nicht dargestellt sind. ί

Sobald es festgestellt wird, daß eine Form in einer zum :

Gießen geeigneten vorgegebenen Stellung angelangt ist, wird ' der Schalter 13 durch ein Startsignal geschlossen, um die ; elektromagnetische Pumpe 7 zu erregen. Die unmittelbare Folge | dieses Vorganges ist, daß geschmolzenes Metall aus der Aus- _; gußöffnung in die Form gegossen wird. Beim Fortschreiten des ; Grießvorganges fällt der Spiegel des geschmolzenen Metalls im , j Behälter 8 ab. Um den Abfall des Metallspiegels auszugleichen, ; wird der Regler 11 von dem Steuermotor 12 betätigt, um die j Erregungsspannung der elektromagnetischen Pumpe 7 allmählich
anzuheben, so daß das geschmolzene Metall mit einem etwa j

konstanten Durchflußwert ausgegossen wird. Sobald die Form j gefüllt ist, wird der Schalter 13 geöffnet, um den Gießvorgang i zu unterbrechen. Der Steuermotor wird dabei jedoch in seiner
Stellung belassen.

Sobald die gefüllte Form wegbefördert und die nächste mit geschmolzenem Metall zu füllende Form in der vorgegebenen Stellung
angelangt ist, wird der Sohalter 13 durch das Startsignal erneut geschlossen. Gleichzeitig wird der Steuermotor 12 eingeschaltet, um die Erregungsspannung der elektromagnetischen
Pumpe 7 im weiteren Verlauf dee Gießvorganges allmählich anzuheben.Sobald der Spiegel η geschmolzenen Metalls in dem Behäl ter 8 den unteren Grenzwert 1 erreicht, wird der Schalter 13 ge-

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öffnet und der Steuermotor 12 in seine Ausgangsstellung zurück- ' gesetzt, in der er sich befand, als der Behälter 8 bis zur oberen Niveaugrenze h gefüllt war. Gleichzeitig wird der Behälter 8 von dem Schmelzofen oder dem dazwischengesohalteten Vorratsofen bis zu dem oberen Spiegelgrenzwert h mit. geschmolzenem Metall angefüllt. Die Gießvorrichtung ist damit für den nächsten Gießvorgang bereit. Die obige Arbeitsweise wird nocheinmal anhand der Pigur 6 erläutert. Wie man sieht, wird das Gießen oder Ausstoßen des geschmolzenen Metalls durch die stetige Zunahme der Erregerspannung der Pumpe bei den einzelnen Gießvorgängen beeinflußt. Dabei ist die jeweilige Endspannung des vorangegangenen Gießvorganges gleich der Anfangsspannung des folgenden Gießvorganges. Weiterhin kann man durch Erhöhen der Spannungsänderungsgesohwindigkeit bzw. der Drehgeschwindigkeit des Steuermotors 12 den j)urchflußwert' des ausgewesenen . geschmolzenen Metalls erhöhen. Eine Einstellung des Burchflußwertes des geschmolzenen Metalls ist somit ebenfalls möglich.

Die Steuerung der Erregerspannung kann man mit einem Regler, beispielsweise mit einem Regeltransformator, aber auch mit einer ruhenden Einrichtung vornehmen, beispielsweise mit einer Thyristorschaltung. Weiterhin kann man während der zwischen den Gießvorgängen auftretenden Zeitspannen im Verlaufe derer kein geschmolzenes Metall gegossen werden soll, die elektromagnetische Pumpe mit einer geringen Spannung erregen, die nicht zuQ Gießen, sondern zum Warmhalten des geschmolzenen Metalle dient.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Steuern einer elektromagnetisch betätigten Metallgießvorrichtung, der das in einem Schmelzofen geschmolzene Metall über einen das geschmolzene Metall aufbewahrenden Speicherofen zugeführt wird und aus der das geschmolzene Metall in aufeinanderfolgend angelieferte Gießformen gegossen wird, wobei die Metallgießvorrichtung einen Behälter für das geschmolzene Metall, einen mit dem Behälter verbundenen Kanal und eine elektromagnetische Pumpe aufweist, die das in dem Kanal befindliche geschmolzene Metall zu einem Ausguß pumpt, von dem es in die Gießformen gegossen wird, dadurch gekennzeichnet,

daß mit der Zufuhr von geschmolzenem Metall aus dem Speicherofen in den Behälter der Gießvorrichtung begonnen bzw. aufgehört wird, wenn das Erreichen des unteren· bzw. oberen Grenz-. stands des geschmolzenen Metalls in dem Behälter nachgewiesen wird, und daß die elektromagnetische Pumpe eingeschaltet bzw. ausgeschaltet wird, wenn eine vorbestimmte Gießform eine vorgegebene zum Gießen geeignete Stellung erreicht hat, bzw. wenn diese Gießform vollständig mit geschmolzenem Metall angefüllt ist.

2.Verfahren zum Steuern einer elektromagnetisch.betätigten Metallgießvorrichtung, der das in einem Schmelzofen geschmolzene Metall über einen das geschmolzene Metall aufbewahrenden Speicherofen zugeführt wird, und aus der das geschmolzene Metall in aufeinander angelieferte Gießformen gegossen wird, wobei die Metallgießvorrichtung einen Behälter für das geschmolzene Metall, einen mit dem Behälter verbundenen Kanal und eine elektromagnetische Pumpe aufweist, die das in dem Kanal befindliche geschmolzene Metall zu einem Ausguß pumpt, von dem es in die Gießformen gegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspannung der elektromagnetischen Pumpe von einer Einrichtung derart verändert wird, daß sie während der

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aufeinanderfolgenden Gießvorgänge zum Anfüllen der aufeinander· folgenden Gießformen mit gesohmolzenem Metall vonjeinera Anfangsspannungswert aus, der jeweils gleich dem bei dem vorangegangenen Gießvorgang erreichten Endspannungswert ist, stetig und allmählich angehoben wird.

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