DE2331956A1 - Verfahren zur druckregelung bei einer niederdruck-giessanlage - Google Patents

Description

Dipl-lng. H. MITSCHERLICH 8 MÖNCHEN 22

N Shrfmdorwmee ίο

Dr. rer. not. W. KÖRBER *(08ΐΐ)·

Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE 2331956

22. Juni 1973

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT 8/10 Avenue Emile Zola
Billancourt (Seine) Frankreich

und

AUTOMOBILES PEUGEOT

75, Avenue de la,Grande Armee Paris / Frankreich

Patentanmeldung

Verfahren zur Druckregelung bei einer Niederdruck-Gießanlage

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Druckregelung bei einer Niederdruck-Gießanlage mit einem beheizten Tiegel, in dem sich ein geschmolzenes Metall befindet, über dem ein gasgefüllter Raum liegt, ferner mit einer aussen über dem Tiegel befindlichen Gießform, wobei ein Steigrohr den Boden des Tiegels mit dem Boden der Form verbindet, mit einem ersten, zwischen dem Tiegel und dem Boden

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der Form befindlichen Kontrollorgan, einem zweiten, am Boden der Form befindlichen Kontrollorgan und einem im oberen Abschnitt der Form befindlichen dritten Kontrollorgan, welche Kontrollorgane bei diesem Verfahren die Versorgung des Gasraums mit Gas steuern.

Bei derartigen Verfahren ist es für eine gleichmässige Güte der gegossenen Stücke erforderlich, daß die aufeinanderfolgenden Zyklen untereinander gleich sind, und insbesondere müssen die nachstehend genannten Elemente miteinander übereinstimmen:die in den Tiegel einströmende Gasmenge, von der die Geschwindigkeit, mit der das Metall in die Form steigt, abhängt; der Gasdruck in dem Tiegel und der Oberdruck, der auf das in der Form befindliche Metall während der Erstarrungsphase ausgeübt wird, welcher Überdruck seinerseits von der vorübergehenden Druckerhöhung in dem Tiegel nach Abschluß der Formfüllphase abhängt.

Es ist ferner bekannt, daß der Druck des über dem Spiegel der Metallschmelze befindlichen Gases geregelt werden muß, damit die Formfüllgeschwindigkeit an die Bedingungen für das Erzeugen eines guten Gusses unabhängig von der Spiegelhöhe des Metalls in dem Tiegel anpaßbar ist.

Bei einem bekannten Druckregelverfahren wird die Vergrösserung des in dem Tiegel nach jedem Einspeisen von Metall in die Form enthaltenen Gasvolumens ausgeglichen. Dazu wird ein Gasvorrat benutzt, der diese Gasvolumenvergrösserung bei jedem Arbeitszyklus der Anlage kompensiert, um eine praktisch gleichbleibende Einspeisungszeit zu erzielen.

Die Elastizität des gasförmigen Milieus und die auf die Temperaturunterschiede zurückzuführenden Volumendifferenzen

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machen es bei diesem Verfahren nicht möglich, bei iedem Arbeitszyklus die Füllgeschwindigkeit der Form oder den auf das in der Form befindliche Metall ausgeübten Druck wiederherzustellen.

Das ist vor allem darauf zurückzuführen, daß das unter Druck in den Tiegel eingeführte Gas Temperaturerhöhungen ausgesetzt ist, die sein Ausgangsvolumen erheblich zunehmen lassen. Die Regelfehler der nacheinander eingeführten Gasv olumen gegenüber den in dem Tiegel enthaltenen Anfangsvolumen des Gases erhöhen sich im gleichen Maße. Man sieht daher, daß für diese Einrichtung ein absolut dichter Schmelzofen erforderlich wäre, was sich bei den üblichen Betriebstemperaturen der Anlage nur selten erreichen läßt. Es ist ferner festzustellen, daß die Kompensation der Erhöhung des in dem Tiegel befindlichen Volumens keinen merklichen Einfluß auf den Wert des Oberdrucks ausübt, der auf das in der Form befindliche Metall einwirken soll.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden diese Nachteile beseitigt; es ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß dem Tiegel in einer ersten Phase zwei Gasmengen zugeführt werden, daß einer dieser Ströme unterbrochen wird, wenn das Metall das erste Kontrollorgan berührt und daß der Druck in dem Tiegel beim Eintreffen des Metalls am zweiten Kontrollorgan gespeichert wird, daß ferner in einer zweiten Phase dem Tiegel ein Gas zugeführt wird, bis die Form gefüllt ist, worauf der eingespeicherte Druck benutzt wird, um dem Tiegel die beiden Ströme zuzuführen und daß schließlich in einer dritten Phase der gespeicherte Druck benutzt wird, um mindestens einen der beiden Ströme zu unterbrechen und den Druck in dem Tiegel während der Erstarrung des Metalls in der Form zu regeln.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Anlage zur Ausübung des

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erfindungsgemässen Verfahrens wird anschliessend unter Bezugnehme auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 besteht aus den beiden Teilfiguren la und Ib, deren Ränder an den Buchstaben a bis h entlang zusammengesetzt werden. Die Figur gibt die Anlage schematisch wieder.

Fig. 2 zeigt, über der Zeit (Abszisse) aufgetragen, die Entwicklung des Druckes ρ des Gases in dem Gasraum des Tiegels während eines Arbeitsspiels.

iiach Fig. 1 enthält ein Tiegel 1 ein geschmolzenes Metall 2 mit einem Gasraum 3 darüber, der ein unter Druck stehendes Gas enthält. Der Tiegel 1 wird so beheizt, daß er das Metall 2 in schmelzflüssigem Zustand erhält. In einer Ebene über dem Tiegel 1 befindet sich eine Gießform 37, und ein Steigrohr 38 verbindet den Boden des Tiegels 1 mit dem Boden der Form 37. Wenn man in den Gasraum 3 unter Druck stehendes Gas einführt, steigt durch das Steigrohr 38 ein Quantum schmelzflüssiges Metall 2 in die Form 37. Das schmelz fluss ige Metall erstarrt in der Form 37 und das gewonnene Gußstück wird aus der Form genommen, nachdem das in dem Steigrohr befindliche, nicht erstarrte Metall in den Tiegel zurückgelassen ist; danach wird das angegebene Arbeitsspiel immer von neuem wiederholt. Das Rohr 38 enthält einen elektrischen Kontakt 52, der ein erstes Kontrollorgan darstellt, der untere oder Bodenteil der Form enthält einen weiteren elektrischen Kontakt 53, der ein zweites Kontrollorgan darstellt und der obere oder Deckenteil der Form enthält einen dritten elektrischen Kontakt 54, der ein drittes Kontrollorgan darstellt. Durch jeden dieser drei Kontakte

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kann ein elektrischer Kreis geschlossen werden, wie weiter unten noch erläutert wird.

Ein Druckgasvorrat 4 liefert Gas in eine Speiseleitung 60; der Gasraum 3 wird durch ein Reinigungs- und Trocknungsfilter 5, einen Regler 21 und zwei Ventile 18 und 18a hindurch mit Gas versorgt. Der Druck in der Leitung 60 liegt zwischen 3 und 6 Bar. Gasdruck wird dem Gasraum 3 über die Leitung 60 durch ein Filter 5, den Regler 21 und zwei Magnetventile 18 und 18a zugeführt. Die Verbindung mit der Aus· senluft geschieht über ein von dem Magnetventil 11 gesteuertes Ventil 16.

Von der Leitung 60 gehen Zweigleitungen 7, 8, 9, 10 ab, die jeweils Dreiwegemagnetventile 12, 13, 14 und ein Druckminderventil 15 speisen. Die Magnetventile 12 bzw. 13 speisen zwei Dreiwegeventile 17 bzw. 17a, die ihrerseits in noch näher zu erläuternder Weise zwei Durchgangsventile 18 und 18a betätigen, die durch die Leitungen 6', 6" eine verhältnismässig grosse Gasmenge'Q und eine verhältnismässig kleine Gasmenge q dem Punkte 40 der Verbindungsleitung 60 zu dem Gasraum 3 zuströmen lassen.

Das Magnetventil 14 betätigt ein Durchgangsventil 33, und der Ausgang 41 des Druckminderventils 15 ist an eine Leitung 3 2 angeschlossen. Die von der Leitung 60 ausgehende Zweigleitung 20 führt zu einem Druckminderventil 21, das in noch näher zu erläuternder Weise gesteuert wird.

Eine Leitung 4 2 steht ständig in Verbindung mit dem Gasraum 3, ein erster Druckaustauscher 25 wird von einem Behälter gebildet, der eine Flüssigkeit enthält, über der ein Gas steht, das mit der Leitung 42 in Verbindung steht, eine erste Flüösigkeitssäule 28 steht mit der Flüssigkeit

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im ersten Druckaustauscher 25 in Verbindung und zeigt dadurch in jedem Augenblick den Druck im Gasraum 3 an, ein zweiter Druckaustauscher 27 ist wie der erste Austauscher 25 aufgebaut und eine zweite Flüssigkeitssäule 30 entspricht der ersten Flüssigkeitssäule 28. Wie weiter unten noch beschrieben wird, Öffnet sich das im geschlossenen Zustand gezeichnete Durchgangsventil 33 zu Beginn eines Arbeitsspiels und stellt dadurch eine Verbindung zwischen dem zweiten Austauscher 27 und der zweiten Säule 30 her, deren Höhe dann dem Druck in dem Raum 3 entspricht. Dann schließt das Durchgangs ventil 33, die zweite Flüssigkeitssäule 30 ist abgetrennt, und ihre Höhe bleibt daher konstant. Diese konstante Höhe wird in weiter unten beschriebener Weise als Bezugs- oder Solldruck bei den weiteren Schritten des Zyklus benutzt.

Ein DruckvergIeicher 31 enthält eine erste Kammer 44, die mit der zweiten Säule 30 in Verbindung steht und in der daher der Bezugsdruck herrscht, sowie eine zweite Kammer 46, die über eine Drossel 5 7 aus der Leitung 32 mit Gas versorgt wird. Der Druckvergleicher 31 gleicht den Druck zwischen den beiden Kammern 44 und 46 derart aus, daß von dem Zykluszeitpunkt aus, in dem die zweite Säule 30 den Bezugsdruck anzeigt, derselbe Bezugsdruck auch in der zweiten Kammer 46 und der zweiten Leitung 43 herrscht, die mit der Kammer 4 6 in Verbindung steht. Der in der Leitung 4 3 herrschende Druck wird in noch zu beschreibender Weise benutzt, um bestimmte Vorgänge des Zyklus auszuführen und stellt somit den Steuerdruck dar. Ein dritter Druckaustauscher 26 entspricht den beiden erstgenannten und eine dritte Flüssigkeitssäule 29, die dem dritten Austauscher 26 zugeordnet ist, ist wie die beiden erstgenannten 28 und 30 ausgebildet. Der Gasraum des dritten Austauschers 26 steht

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mit der Leitung 4 3 derart in Verbindung, daß die dritte Säule 29 in jedem Augenblick den Steuerdruck anzeigt, der ständig praktisch gleich dem Bezugsdruck ist.

Zwei Druckluftdxfferentialschieber 19a und 19 sind in der gezeichneten Weise zwischen die beiden Leitungen 4 2 und 4 3 geschaltet und werden so eingestellt, daß sie den Unterschied zwischen dem Steuerdruck und dem Tiegeldruck messen und ein Steuersignal in das Regelventil 21 und die Ventile 18 und 18a geben, indem es durch das Ventil 17a und das Ventil 17 läuft, die auf Grund eines an die Magnetventile 12 und 13 gegebenen elektrischen Signals geschlossen werden können. Die beiden Ventile 19 und 19a haben unterschiedliche Regelung, damit das Schliessen des starken Stroms Q und des schwachen Stroms q gegeneinander versetzt erfolgen kann.

Die drei Differentialdruckschalter 34, 35 und 36 and ebenfalls zwischen die Leitungen 4 2 und 4 3 geschaltet. Der Differentialdruckschalter 34 dient zum Ausgleichen der von den Ventilen 17, 17a ausgehenden Drücke, wenn der Bezugsdruck überschritten wird. Der Differentialdruckschalter

35 dient zum Absperren der starken Strömung Q aufgrund eines elektrischen Impulses. Der Differentialdruckschalter

36 besorgt die Absperrung der schwachen Strömung q aufgrund eines elektrischen Impulses. Die Druckschalter 34, 35 und 36 sorgen für die gleichbleibende Einspeisung von Metall in die Form bei einem Ausfall von 19 oder 19a.

Das Druckminderventil 21 wird mittels der Leitung 20a durch eine von 10 herkommende Ausgangsgrösse gesteuert, die durch das Ventil 17 abgeschnitten werden kann. Das Druckminderventil 21 speist eine Leitung 22, die sich in zwei

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Zweigleitungen 23 bzw, 23a gabelt, die die Ventile 18 bzw. 18a über Drosselstellen 24 bzw. 24a speisen.

Elektrische Leitungen, die schematisch durch die Linien 47, 49, 48 angedeutet sind, erlauben die Betätigung der Magnetventile 13 und 14 mit Hilfe der Kontakte 5 2, 5 3, 54 in noch zu beschreibender Weise.

Nun soll die Arbeitsweise der Anlage anhand der Fig. 2 beschrieben werden, um die aufeinanderfolgenden Arbeitsschritte eines Arbeitszyklus darstellen zu können.

Der Gasraum 3 des Tiegels 1 befindet sich zunächst auf Atmosphärendruck. Das wird durch den Punkt A in Fig. 2 gekennzeichnet.

Die Magnetventile 11, 12, 13, 14 werden gleichzeitig betätigt. Das Magnetventil 11 unterbricht die Verbindung der Leitung 6 mit der Aussenluft durch das Auslaßventil Das Magnetventil 14 öffnet das Durchgangsventil 33. Der Druck in dem Raum 3 wird auf die Leitung 42, den Austauscher 27 und das Ventil 3 3 übertragen, das auf 43 einen Steuerdruck liefert, der gleich dem in 3 herrschenden Druck ist, womit der Druck gespeichert ist.

Die beiden Magnetventile 13 bzw, 12 steuern die beiden Ventile 17a bzw. 17. Die beiden Schleier 19a bzw. 19 steuern die beiden Ventile 18a bzw. 18 über die Ventile 17a bzw. 17 und lassen die Gasströme Q bzw. q hindurchtreten, die den Raum 3 mit Gas versorgen. Der Druck steigt in dem Raum 3 verhältnismässig schnell an und staut das geschmolzene Metall 2 auf, das in dem Rohr 38 aufsteigt und den ersten Kontakt 5 2 erreicht. Nun ist der Abschnitt AB der Kurve in Fig. 2 durchlaufen; in dieser Zeit steigt das schmelzflüs-

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sige Metall verhältnismässig schnell in dem Rohr 38 auf.

Der Kontakt 5 2 unterbricht über die elektrische Zuleitung 47 die Erregung des Elektromagneten 13, die Steuerung des Ventils 17a entfällt, das Ventil 18a läßt kein Gas mehr hindurchtreten und die starke Strömung Q wird unterbrochen.

Das schmelzflussige Metall steigt in dem Rohr 38 weiter unter der Wirkung des schwachen SasStroms q an, bis die Metalloberfläche den Hauptkontakt 5 3 erreicht. Das ist der Kurvenabschnitt BC. Ober die elektrische Verbindung unterbricht der Kontakt 53 die Erregung des Magnetventils IH, das Ventil 33 wird geschlossen und die Säule 30 ist isoliert. Sie bleibt während der weiteren Verfahrensschritte geschlossen und erzeugt somit einen feststehenden Druck, der für diese Foljäe von Arbeitsschritten benutzt wird und den oben als Bezugsdruck bezeichneten Druck bildet.

Der in dem Tiegel und der Leitung 4 2 herrschende Druck steigt weiter langsam an und übersteigt den Bezugs- oder Steuerdruck, der in der Leitung 43 herrscht und der von der Differenz zwischen den beiden Drücken gesteuerte Schieber 19 liefert ein von dieser Differenz moduliertes Signal, das den Strom q aufrechterhält. Das schmelzflüssige Metall steigt somit gleichmässig und langsam in die Form 37, bis es den dritten Kontakt 54 erreicht. Das ist der Abschnitt CD der Kurve, während dessen der Druck sich in dem Tiegel langsam erhöht.

Der dritte Kontakt 54 betätigt das Magnetventil 13 über die elektrische Verbindung 48, die Strömung Q wird über das Ventil 18a durch den oben schon erwähnten Vorgang

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hergestellt und der Druck steigt in dem Tiegel und in der Leitung 4 2 schnell wieder an. Das wird durch die Kurve beim Ausgehen von dem Punkte D dargestellt. Bei einer ausreichend grossen Regeldifferenz zwischen dem Druck in der Leitung 42 und dem Steuerdruck in der Leitung 43 wechselt der Schieber 19a seine Position, das bedeutet, daß er kein Gas mehr in Richtung des Ventils 17a strömen läßt; dadurch wird der Durchtritt von Gas durch das Ventil 18a unterbunden und die Strömung Q wird unterbrochen. Man befindet sich am Punkt E der Kurve, deren Abschnitt DE soeben durchfahren wurde. Während des Abschnitts DE wird auf den Inhalt der Gießform ein Oberdruck ausgeübt. Vom Punkt E aus fließt weiter das Gas durch den Schieber 19, wobei der Raum weiterhin durch denGasstrom q versorgt wird, und der Druck steigt ebenfalls weiter an, bis er den Steuerdruck um einen Betrag überschreitet, der dem Regelwert des Schiebers 19 gleich ist. Dadurch wird nun der Strom q unterbrochen. Man hat nun den Abschnitt EF der Kurve durchlaufen, während dessen der Druck in der Form sich weiter erhöht hat. Das flüssige Metall erstarrt somit allmählich in der Form} das erfolgt auf dem Abschnitt FG der Kurve.

Nach einer Abkühlzeit (Punkt G der Kurve) werden die Magnetventile 11 und 12 entregt.

12 unterbricht die schwache Strömung, 11 sorgt für die Entlüftung des Tiegels durch öffnen des Ventils 16 zur Aussenluft. Das in dem Rohr 38 enthaltene flüssige Metall fließt daher in den Tiegel zurück; (Abschnitt GH der Kurve); der Endpunkt I entspricht dem Herausnehmen des Gußstücks.

Patentansprüche;

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Claims (6)

1. Paten tansp. rüche

   Verfahren zur Druckregelung bei einer Niederdruck-Gießanlage, mit einem geheizten Tiegel, der ein bei Raumtemperatur festes Metall in schmelzflüssigem Zustand enthält, und einen ,G as raum oberhalb des geschmolzenen Metalle, einer aussen über dem Tiegel befindlichen Gießform, wobei ein Steigrohr den Boden des Tiegels mit dem Boden der Gießform verbindet, mit einem ersten, zwischen dem Tiegel und dem Boden der Form befindlichen Kontrollorgan, einem zweiten« am Boden der Form befindlichen Kontrollorgan und einem im oberen Abschnitt der Form befindlichen dritten Kontrollorgan, welche Kontrollorgane bei diesem Verfahren"die Versorgung des Gasraums mit Gas steuern, r

   dadurch gekennzeichnet, daß dem Tiegel (1) in einer ersten Phase zwei Gasmengen (Q, q) zugeführt werden, daß einer dieser Ströme unterbrochen wird, wenn das Metall (2) das erste Kontrollorgan (5 2) berührt, und daß der Druck in dem Tiegel beim Eintreffen dee Metalle am zweiten Kontrollorgan (5 3) gespeichert wird, daß ferner in einer zweiten Phase demTiegel ein Gas zugeführt wird, bis die Form (37) gefüllt ist, worauf der eingespeicherte Druck benutzt wird, um de» Tiegel die beiden, Ströme (Q, q) zuzuführen, und daß schließlich in einer dritten Phase der gespeicherte Druck benutzt wird, um mindestens einen der beiden Ströme zu unterbrechen und den Druck in dem Tiegel während der

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   Erstarrung in der Form zu regeln.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmung (Q), die unterbrochen wird, stärker ist als die Gasströmung (q), die nicht unterbrochen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ströme von einer Druckgasqueile (4) aus ferngesteuert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck der stärkeren der beiden Strömungen unterdrückt wird, wenn das Metall (2) das erste Kontrollorgan (5 2) berührt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, daaaxch gekennzeichnet, daß der exngespeicnerte Druck in einen Betätigungs- und Fernsteuerdruck für Sicherheitsventile umgewandelt wird,
6. 6. Verfahren nach Anspruch l_t äaäur;:i gekennzeichnet, daß die Gasströmungen dem Unterschied angepaßt werden, der zwischen dem Gasdruck des Tiegels und dem eingespeicherten Gasdruck besteht.

   Der Ratentanwalt

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