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Verfahren zum selbsttätigen Entnehmen von schmelzflüssigem Metall.
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I Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum selbsttätigen
Entnehmen von schmelzflüsslgem Metall aus einem mittels Druckgas beaufschlagten
Behälter.
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Um eine Gießanlage rationell betreiben zu können, ist es erforderlich,
einen weitgehend automatischen Ablauf des Vergießens zu erreichen. Es ist bei der
heutigen Kostenkonstellation nicht mehr möglich, Massengußstücke einzeln abzugießen.-
In einem kontinuierlichen Fertigungsablauf ist es auch aus Sicherheitsgründen unerläßlich,
den Ablauf von der Unzuverlässigkeit der menschlichen Arbeitskraft zu befreien.
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Zu diesem Zwecke wurden Gießverfahren und Anordnungen zur Durchführung
dieser Verfahren bekannt, bei denen der Behälter mit dem schmelzflüssigen Metall
über mechanische Einrichtungen gekippt wird, wobei dieser Kippzustand so lange aufrechterhalten
wird, bis eine entsprechende Form gefüllt ist, um dann wieder in seine Ausgangsstellung
zurückgebracht zu werden. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß besonders bei
kleinen Dosierungen des schmelzflüssigen Metalles ein Nachschwappen desselben bei
zu schneller Betätigung der Kippvorrichtung nicht verhindert werden kann. Andererseits
wird der Gießfortschritt unnötig verzögert, wenn der Kippvorgang entsprechend langsam
erfolgt.
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Weiter wurde durch die DT-AS 1 508 203 eine Anordnung bekannt, bei
der der Gießvorgang, das schmelzflüssige Metall tritt aus einer Öffnung im Boden
eines feststehenden Behälters aus, durch Verschließen dieser Gießöffnung mittels
einer Stopfenstange automatisch gesteuert wird. Dies hat den Nachteil, daß der Behälter
für die Schmelze oberhalb des Formkastens steht und die gesamte Höhe der Anlage
eine entsprechend hohe Fabrikationshalld braucht.
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Desweiteren sind durch die deutschen Auslegeschriften 1 096 557 und
uns 1 298 678 Verfahren bzw. Gießanlagen zum Entnehmen von schmelzflüssigem Metall
aus einem Behälter mittels Druckgas bekannt geworden. Beide Anordnungen haben aber
insofern schwerwiegende Nachteile, als einmal ein Entnahme- bzw. Steigrohr in das
schmelzflüssige Metall eintaucht und zum anderen ebenfalls mit der Metallschmelze
in Verbindung stehende Sonden erforderlich sind.Dies führt wiederum besonders bei
hochschmelzenden Metallen zu einer sehr starken Verschleißneigung, die u. a.
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durch die starken Schlackenreaktionen noch vergrößert w;rd. Der apparative
Aufbau zur Steuerung der Anlage ist sehr umfangreich und somit, bedingt durch den
rauhen Betrieb in eher Gießerei, sehr störanfällig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum automatischen Vergießen
von schmelzflüssigem Metall zu finden, bei dem keine 1 Meß- bzw. Entnahmevorrichtungen
mehr in das schmelzflüssige Metall eingetaucht werden müssen, und das mit einem
möglichst unempfindlichen Steuerungsapparat auskommt.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß abhängig von einer
Gewichtsmessung ein Drucksollwert vorgegeben ist, der einem Metallstand gerade unterhalb
des Gießbeginnwertes entspricht, während ausgelöst durch dieAnfahrt eines Empfangsgefäßes
eine zum Gießen ausreichende Druckerhöhung erfolgt, die so lange anhält,
bis
ein Kontrollorgan nach Erreichen des Sollwertes im Empfangsgefäß den Druck wieder
auf den Drucksollwert vermindert und den Impuls zur Abfahrt des Empfangsgefäßes
und Anfahrt eines neuen Empfangsgefäßes gibt. Selbstverstandlich ist der Drucksollwert
gerade unterhalb des Gießbeginnwertes abh-ngig von der im Behälter vorhandenen Menge
an Schmelze, die ja durch die Gewichtsmessung sowieso erfaßt wird.
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In weiterer Verfeinerung des Verfahrens ist der Druckverlauf über
der Zeit derart gesteuert, daß nach einer schnellen Druckerhöhung auf den Drucksollwert,
der bis zum Gießbeginn beibehalten wird, die Druckerhöhung zum Gießen sprunghaft
erfolgt, und nach dem Gießen sprunghaft auf einen Wert unter dem Drucksollwert abgesenkt
wird, von dem aus wieder die schnelle Druckerhöhung erfolgt.
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Eine Anordnung zur Durchführung dieses beschriebenen Verfahrens sieht
derart aus, daß in Wirkrichtung des Gewichtes unter dem Behälter eine Druckmeßvorrichtung
vorgesehen ist, die an einen Regler angeschlossen ist, der ein drucklieferndes Organ
zur Einstellung des Drucksollwertes steuert, und daß an der Anfahrt ein Schalter
angeordnet ist, der einen Schaltimpuls zur Erhöhung des Druckes gibt, während eine
auf das Empfangsgefäß gerichtete Fotozelle nach Erreichen des Sollwertes diese Druckerhöhung
über ein Ventil wieder reduziert. Es werden hierbei also zur Durchführung des Verfahrens
ganz einfache Regelelemente, wie beispielsweise Druckmeßdosen, Endschalter, einfache
Ventile, Fotozellen und als drucklieferndes Organ z.B. eine Pumpe oder ein Druckspeicher
verwendet. Diese Elemente können so robust ausgeführt werden, so daß sie auch durch
einen harten Gießereibetrieb keinen größeren Störungen unterworfen sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Behälter auf der einen
Seite zu einem Rinnenofen erweitert und auf der anderen Seite zu einer Gießschnauze,
deren Zuleitungskanal unterhalb des Metallspiegels mündet, ausgebildet. Dadurch
wird erreicht,
daß im Bereich des die Metallschmelze enthaltenden
Behälters keinerlei störenden Elemente angeordnet sind, so daß dieser Bereich für
Einrichtungen zur Chargierung des Metalles zur Verfügung steht.
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Durch die Ausbildung der Gießschnauze und deren Zuleitungskanal, der
unterhalb des Metallspiegels mündet, kann das gleiche Baumaterial wie für den Behälter
verwendet werden. Es werden dabei keine unterschiedlichen Wartungsintervalle erforderlich,
sondern es wird bei einer notwendigen neuen Ausmauerung des Behälters gleichzeitig
die etwa S-förmig verlaufende Gießschnauze mit erneuert.
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Um nun eine Anpassung des Gießvorganges an sehr verschieden große
Gußstücke, ohne große steuerungstechnische Änderungen durchführen zu müssen, zu
ermöglichen, ist das Endteil der Gießen |schnauze austauschbar angeordnet. Dadurch
wird erreicht, daß je nach Größe des zu vergießenden Gußstückes ein, der Menge des
zu vergießenden Metalles entsprechender, günstiger Querschnitt der Gießschnauze
zur Verfügung steht, um unnötiges Nachschwappen des schmelzflüssigen Metalles zu
verhindern.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der
Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen
Anordnung einer Vergießeinrichtung, Fig. 2a ein Diagramm des Druckverlaufes über
der Zeit und Fig. 2b ein Diagramm der Abhängigkeit von p und dem Füllzustand Q.
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An einem Behälter 1, der mit einem Deckel 2 unter Zwischenschaltung
einer Dichtung 3 gasdicht abgeschlossen ist, ist an der einen Seite 4 ein Induktionsrinnenofen
5 mit Induktionsspule 6
und Eisenkern 7 über die Flansche 8 und
9 angebracht. Mit 10 ist' der mit dem Behälterinnenraum 11 in Verbindung stehende
Schmelze kanal bezeichnet. Auf der anderen Seite 12 des Behälters 1 ist über einen
Zuleitungskanal 13 mittels der Flansche 14 eine Gießen: schnauze 15, deren Endteil
16 durch Flansche 17 abnehmbar ist, angeordnet. Unter dem Auslauf 18 der Gießschnauze
läuft auf /Führungsbahnen 19 ein Empfangsgefäß 20. Der Behälter 1 mit dem Induktionsrinnenofen
5 und der Gießschnauze 15 ist auf einer Druckmeßvorrichtung, bestehend aus zwei
Druckmeßdosen 21 und 22, Igelagert. Die Druckmeßdosen 21 und 22 stehen mit der Leitung
23 mit der zentralen Steueranlage 24 in Verbindung. Im Innenraum 11j des Behälters
1 ist zwischen dem Spiegel 25 des schmelzflüssigen, Metalles und dem Deckel2 eine
DruckentnahmevDrrichtung 26, die über die Zuleitung 27 mit der Steueranlage 24 in
Verbindung steht, angeordnet. Weiter mündet in diesen Zwischenraum 28 die Zuführungsleitung
29fur das Druckgas. Das Druckgas wird durch eine von einem Motor 30 angetriebem
Pumpe 31 gefördert. Zwischen der Pumpe 31 und dem Einlaufstutzen 32 im Behälter
1 ist ein mit der Steueranlage 24 verbundenes Ventil 33 eingebaut. Das Abtasten
des Gußsteigers 34 oder direkt der Gußform 35 während des: 'Vergießvorganges erfolgt
über eine auf das Empfangsgefäß 20,also den Gußsteiger oder die Gießform gerichtete
Fotozelle 36, die ebenfalls mit der Steueranlage 24 verbunden ist. Zur Steuerung
der An- und Abfahrt des Empfangsgefäßes 20 ist im Bereich des Empfangsgefäßes 20
ein mit der Steueranlage 24 in Verbindung stehender Schalter 37 angeordnet.
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In Fig. 2a ist der Druckverlauf über der Zeit dargestellt, wobei lauf
der Ordinate der Druck p und auf der Abszisse die Zeit t abgetragen sind. Der Druck
p steigt zunächst bei Beginn bzw. Inbetriebnahme der Vergießanlage von einem Wert
O in Abhängigkeit vom Gewicht G des Behälters auf einen Wert, der mit 38 bezeichnet
ist, an, der der Höhe H in Fig. 1 entspricht. Dieser Drucksollwert 38 wird zunächst
beibehalten und erst durch über den Schalter 37 sprunghaft auf den Wert 38 plus
39 erhöht.
Der Gießvorgang beginnt und lrird durch die Foto zelle
36 überwacht, die nach Erreichen eines definierten Füllstandes der flüssigen Metallschmelze
in der Gießform 35 den Druck durch Betäti gurgdes Ventils 33 auf einen Wert 40,
und zwar sprunghaft, absenkt, der deutlich unter dem Drucksollwert 38 liegt. Von
diesem Wert 40 aus erfaßt wieder eine schnelle Druckerhöhung zu dem Punkt 41 auf
den Drucksollçzert 38 und nach Kontaktgabe über den Schalter 37 die sprunghafte
Erhöhung auf den Wert 38 plus 39.
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Der Druck bei Punkt 41 richtet sich natürlich nach dem Füllzustand
des Behälters 1, der Ja durch die Gewichtsmessung ebenfall erfaßt wird (Fig. 2b).
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In knappen Worten läuft das Verfahren also folgender Maßen ab: In
dem Behälter 1 herrscht abhängig vom Gewicht G des gesamten Behälters ein über ein
drucklieferndes Organ erzeugter Druck (Drucksollwert), der der Höhe H der Schmelze
entspricht und gerade unterhalb dem Wert liegt, bei dem ein Gießen erfolgt. Nach
Anfahrt des Empfangsgefäßes wird dieser Druck ausgelöst durch den Schalter 37 sprunghaft
erhöht, wodurch der Gießvorgang selbst ausgelöst wird. Dieser Gießvorgang wird über
eine Fotozelle (Infrarotauge) überwacht und nach Erreichen eines Sollwertes im Steiger
34 bzw. in der Form 35 ein Ventil im Zwischenraum 28 geöffnet. Dieses Ventil kann
einmal in der Leistung 29 sitzen; es ist aber auch denkbar, daß dieses im Deckel
2 oder an einer Seitenwand des Behälters angeordnet ist. Es erfolgt nun eine starke
Absenkung des Druckes, wodurch erreicht wird, daß das Überschwappen des schmelzflüssigen
Metalles unterbleibt und weiter wird der Impuls zur Abfahrt des Empfangsgefäßes
gegeben.
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Gleichzeitig fährt ein neues Empfangsgefäß 20 an. Es beginnt der soeben
beschriebene Ablauf aufs neue. Die Einstellung des Punkte 40 erfolgt je nach zu
vergießendem Material und Größe der Gußform. Sie wird zweckmäßigerweise von Hand
eingesteuert. Ein weiteres Hilfsmittel zur genauen Dosierung bzw. Unterbindung des
unerwunschten Nachschwappens des schmelzflüssigen Metalles ist das austauschbare
Endteil 16 der Gießschnauze. Mit diesen genannten
Hilfsmitteln
ist es nämlich möglich, selbst bei sehr kleinen Gußstücken, die nur einen geringen
Metallbedarf pro Gießtakt haben, eine äußerst genaue und verlustarme Dosierung durchzuführen.
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In der mit 24 bezeichneten Steueranlage, die nicht unmittelbar an
dem Behälter angebracht sein muß, laufen die einzelnen Impulse zusammen und werden
in einfachen Ist-Sollwert vergleichenden Bauteilen sowie Schaltschützen verarbeitet.
Dadurch, also durch Fehlen von aufwendigen elektronischen Geräten, ist die Anlage
weitgehend störunempfindlich und wartungsfrei.