DE2545480A1

DE2545480A1 - Automatische giessformvorrichtung

Info

Publication number: DE2545480A1
Application number: DE19752545480
Authority: DE
Inventors: Hyogo Amagasaki; Syoji Anezaki; Sumio Kobayashi; Katsukiyo Marukawa; Toshio Shiraiwa
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1974-11-21
Filing date: 1975-10-10
Publication date: 1976-10-14
Also published as: FR2291816A1; DE2545480C3; US4019562A; FR2291816B1; JPS5159676A; AU8554075A; JPS5630836B2; DE2545480B2

Description

Liedl, Nöth, Zeitler

Patentanwälte

0 0 0 München 2 2 ■ Steinsdorfstraße 21 - 22 Telefon 0 B 9 / 29 84 62

B 7571

SUMITOMO METAL INDUSTRIES, LTD. No. 15, 5-chome, Kitahama, Higashi-ku, Osaka / JAPAN

Automatische Gießformvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine automatische Gießformvorrichtung; insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer automatischen Gießformvorrichtung, mittels der erfindungsgemäß die Steiggeschwindigkeit einer Metallschmelze innerhalb einer Form gemessen und gemäß einem optimalen Gießgeschwindigkeitsmuster oder -schema gesteuert werden kann.

Das konventionelle Gießverfahren wird mittels manueller Betätigung einer Bedienungsperson durchgeführt, um die Gesamtgießzeiten einzustellen. In diesem Fall weist die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze innerhalb der Form einen signifikanten ursächlichen Zusammenhang mit Rissen, Sprüngen oder dgl. auf, die sich an der Oberfläche des Gußblockes ergeben. Es ist jedoch bis jetzt noch keinerlei Verfahren zur genauen Messung dieser Steiggeschwindigkeit bekannt. Weiterhin ist der quantitative Zusammenhang zwischen der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze und dem Gußblock noch nicht erforscht oder verdeutlicht worden, und es kann bisher keinerlei wirksame Steuerung dieser Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze erreicht werden.

Ausgehend hiervon, liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine automatische Gießformvorrichtung zu schaffen, die mit einer Einrichtung zur Messung der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze sowie mit einer Einrichtung zur Messung der Höhe des Spiegels der Metallschmelze versehen ist.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Schaffung einer automatischen Gießformvorrichtung, die eine Digitalschaltung aufweist, die sich als Einrichtung zur Messung der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze eignet. Bei dieser Digitalschaltung soll die Verzögerung eines für die gemessene Steiggeschwindigkeit repräsentativen digitalen Signals bei der mittels dieses digitalen Signals erfolgenden Steuerung der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze kompensiert werden.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Schaffung einer automatischen Gießformvorrichtung mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Signals für einen optimalen Gießgeschwindigkeitsverlauf, um die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze zu steuern.

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Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße automatische Gießformvorrichtung weist in ihrer grundsätzlichen Anordnung eine Einrichtung zum berührungslosen Messen der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals für einen gewünschten G ießgeschwindigke its verlauf und eine Einrichtung auf, mittels der die Steiggeschwindigkeit der aus einer Gießpfanne in eine Form eingeführten Metallschmelze in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem gemessenen Geschwindigkeitssignal und dem Sollgeschwindigkeitssignal bzw. dem Signal für den gewünschten Geschwindigkeitsverlauf steuerbar ist.

Bei der automatischen Gießformvorrichtung gemäß der Erfindung gelangt zur Messung der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze innerhalb der Form ein Dopplergeschwindigkeitsmesser zur Anwendung, und es wird ein Düsenanschlag, d.h. ein Gießpfannenschnauzenverschluß, der an einer die Metallschmelze enthaltenden Gießpfanne befestigt ist, in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem gemessenen Geschwindigkeitssignal und einem vorgegebenen Geschwindigkeitssignal, d.h. einem Signal für den gewünschten Geschwindigkeitsverlauf, betätigt, um das Öffnen der Gießpfannenschnauze zu steuern, wodurch auch die Steiggeschwindigkeit der von der Gießpfanne über die Gießpfannenschnauze zur Form zugeführten Metallschmelze gemäß einem optimalen Gießgeschwindigke its verlauf gesteuert werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 (a) und (b) jeweils schematisch bzw. im Blockschaltbild die

automatische Gießformvorrichtung;

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Fig. 2 und 3 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der

Vorrichtung;

Fig. 4 und 5 im Blockschaltbild Ausführungsbeispiele von Digital-

schaltungsanordnungen eines Arbe its schaltkreis es D gemäß Fig. 1 (b);

Fig. 6 Laufzeitdiagramme für Wellenformen von jedem

Schaltungsteil der Schaltung gemäß Fig. 5;

Fig. 7 (a) bis (d) Wellenformen zur Erläuterung der durch die Schaltung

gemäß Fig. 5 erzielten Wirkungen;

Fig. 8 Wellenformen zur Erläuterung einer Zeitverzögerung

zwischen der tatsächlichen Gießgeschwindigkeit und der gemessenen Gießgeschwindigkeit;

Fig. 9 im Blockdiagramm das Ausführungsbeispiel eines in

der automatischen G ießformvor richtung vorgesehenen Regulators des E in-Aus-Steuerungs typs;

Fig. 10 im Diagramm die für einen optimalen Gießgeschwin-

digkeitsverlauf gemäß der Erfindung repräsentative Kurve;

Fig. 11 im Diagramm Meßpunkte, die durch tatsächliche Mes

sung der Beziehung zwischen der Gießgeschwindigkeit und der Anzahl der sich an einem Gußblock ergebenden Quersprünge erhalten wurden;

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Fig. 12 ein Simulier er gebnis bei der Gießgeschwindigkeits-

steuerung unter Anwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 9 und

Fig. 13 schematisch im Blockdiagramm eine abgewandelte

Ausführungsform der Gießformvorrichtung.

Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführungsform einer automatischen Gießform vor richtung wird die Erfindung für den Fall angewendet, daß beispielsweise Metallschmelze aus einer Gießpfanne 11, die mit der Metallschmelze gefüllt ist, über eine Pfannenschnauze 12' und einen Gießpfad 13' sowie eine Gießplatte 13 in eine Form 3 gegossen wird. Es ist eine Vorrichtung 1 zum Messen der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze innerhalb der Form 3, beispielsweise ein sogenannter "Mikrowellen-Doppler-Geschwindigkeitsmesser", vorgesehen, bei dem der Dopplereffekt einer Mikrowelle zur Anwendung gelangt (s. beispielsweise "The microwave journal", Juli 1963, Seiten 45 - 51).

Der Dopplergeschwindigkeitsmesser weist folgendes Prinzip auf:

Wenn, wie aus Fig. 2 ersichtlich, für eine von einer Antenne 2 ausgesendete Mikrowelle e, die folgende Gleichung gilt:

e = E, · cos ω t = E, cos 2 π f t (1)

dann verzögert sich eine von der Oberfläche bzw. vom Spiegel der Metallschmelze reflektierte Welle e im Vergleich zur ausgesendeten Welle e, um die Übertragungszeit ζ :

ς = 2X/C (2)

Demgemäß gilt für e die folgende Gleichung:

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e =E cos 2 π f (t -ζ ),
r r ^v "

wobei:

X = Abstand zwischen dem Dopplergeschwindigkeitsmesser 1 und der Oberfläche der Metallschmelze,

C = Mikrowellenübertragungsgeschwindigkeit.

Durch Kombinieren eines Teils der ausgesendeten Welle e, und der reflektierten Welle e ergibt sich das folgende Ausgangesignal e :

e_Q = E cos (2 π f + 0) + E₁ (4)

In diesem Fall läßt sich die Frequenz f, dieses Ausgangssignals e (eine Dopplerfrequenz) durch die folgende Gleichung angeben, wobei λ die Wellenlänge der Mikrowelle Φ, E ist:

f = ^d
¹U dt

= 2— —
c dx

(5)

E, und E sind Konstanten,
t ο

Anhand von Gleichung (5) zeigt sich, daß die Frequenz f , der Steigge-

dx

schwindigkeit ν der Metallschmelze proportional ist (v = -gr-)> was bedeutet, daß es möglich ist, die Steiggeschwindigkeit ν durch Messen der Dopplerfrequenz f, zu erfassen. Weiterhin kann der jeweilige Abstand X durch Integrieren der Geschwindigkeit ν in Erfahrung gebracht werden. Zusätzlich gelangt eine Mikrowelle zur Anwendung, und zwar aufgrund ihrer geringen Ansprechzeit und ihrer geringen Beeinträchtigung durch Hochtemperatur staub, Pulverstaub, Feuchtigkeit oder dgl. Anstelle des

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Mikrowellen-Doppler-Geschwindigkeitsmessers kann auch ein Mikrowellenradar zur Anwendung gelangen.

Es wird daher auf die beschriebene Weise von der Antenne 2 einer Meßvorrichtung 1 eine Mikrowelle zur Oberfläche Y der innerhalb der Form befindlichen Metallschmelze ausgesendet, und es wird sodann eine hiervon reflektierte Welle durch die Antenne 2 aufgefangen, um die Dopplerfrequenz in der Meßvorrichtung 1 zu messen. Das Ausgangssignal der Vorrichtung 1 wird einem Konverter 4 zugeleitet, um ein für die Steiggeschwindigkeit repräsentatives Geschwindigkeitssignal zu schaffen. Ein Vergleicher 5'vergleicht das gemessene Geschwindigkeitssignal mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitssignal für einen gewünschten Geschwindigkeitsverlauf, das durch einen Gießgeschwindigkeitsmustergenerator 5 voreingestellt worden ist, und führt das Differenzsignal aus beiden Signalen einer Antriebsvorrichtung 7 zu. Durch das Ausgangssignal dieser Antriebsvorrichtung 7 wird ein Motor 8 zur Steuerung eines Ventils 9 angetrieben. Im übrigen ist ein Ventil 9' zur manuellen Betätigung eines Verschlusses 12 zum Öffnen oder Schließen der Gießpfannenschnauze 12' vorgesehen.

In Abhängigkeit vom Öffnen des Ventils 9 wird aus diesem Grund ein Hydraulikzylinder 10 betätigt, um auch die Öffnungsstellung des Pfannenschnauzenverschlusses 12 einzustellen, so daß die Gießgeschwindigkeit, d.h. die Steiggeschwindigkeit,entsprechend einem gewünschten Gießgeschwindigkeitsverlauf bzw. -muster gesteuert werden kann.

Eine Vorrichtung 6 mißt die jeweils oberste Lage, d.h. den Spiegel der Metallschmelze innerhalb der Form 3, indem sie den integrierten Wert aus der. Steiggeschwindigkeit bildet. Dieser integrierte Wert wird mit einem eingestellten Sollniveau verglichen, um automatisch das zeitliche Ende des Gießvorgangs zu erfassen. Das am Ende des Gießvorgangs von

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der Vorrichtung 6 erzeugte Aus gangs signal wird der Antriebsvorrichtung als Stoppbefehl angelegt, so daß der Gießpfannenverschluß 12 die Gießpfannenschnauze 12' verschließen kann.

Der Dopplergeschwindigkeitsmesser 1 weist beispielsweise einen Mikrowellenoszillator OSC, eine Kombinierschaltung C sowie einen Schaltkreis SW auf, um e zur Antenne 2 zu übertragen und hiervon e abzuleiten, wie aus Fig. 1 (b) ersichtlich.

Im folgenden sei nun eine Digitalschaltung beschrieben, die sich für ein den oben erwähnten Dopplergeschwindigkeitsmesser verwendendes Gerät zum Messen der Steiggeschwindigkeit eignet.

Bei der Herstellung eines Gußblockes steigt der Spiegel Y der Metallschmelze kontinuierlich, weswegen sich auch der Abstand X kontinuierlich verringert. Wenn nun die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze bzw. ihres Spiegels Y konstant ist, weist die für e charakteristische Kurve den zeitlichen Verlauf gemäß Fig. 3 auf, wobei sich ein Zyklus einer die Größe e angebenden Sinuswelle jedes Mal dann ergibt, wenn der Metallschmelzenspiegel Y sich um λ/2 Cm] hebt.

Da andererseits die Frequenz von e durch Gleichung (5) repräsentiert werden kann, wenn X variiert, ist es möglich, einerseits die Höhe des Spiegels Y der ausgegossenen Metallschmelze in Erfahrung zu bringen, indem die Anzahl der Zyklen von e vom Anfang des Gießvorgangs an addiert wird, und andererseits die Gießgeschwindigkeit dadurch in Erfahrung zu bringen, daß die Frequenz von e gemessen wird.

Fig. 4 zeigt eine zu diesem Zweck vorgesehene Schaltungsanordnung.

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Hierbei wird das mit der Frequenz f , des Dopplergeschwindigkeitsmes sers 1' kombinierte Ausgangssignal durch einen Bandfilterverstärker 14 verstärkt, dessen Ausgangssignal durch einen Wellenformungsschaltkreis 15 in ein Rechteckwellensignal umgewandelt wird. Der ansteigende Teil dieses Rechteckwellensignals wird einem monostabilen Multivibrator 16 zugeleitet, der ein Impulssignal mit einer sehr kurzen Breite erzeugt. Ein weiterer monostabiler Multivibrator 17 wird mit dem hinteren bzw. nacheilenden Teil des aus dem Multivibrator 16 ausgegebenen Impulssignals versorgt, um ein Impulssignal mit sehr kurzer Breite, die diesem folgt, zu schaffen. Durch einen Zähler 22 und einen D- zu -A-Konverter 23 werden eine Schaltung zur Messung der Höhe der ausgegossenen Metallschmelze geschaffen, die vom Beginn des Gießvorgangs an die Aus gangs impulse des monostabilen Multivibrators 17 zählt, um dadurch die Höhe der ausgegossenen Metallschmelze erkennen zu können. Durch die Schaltkreise 18, 19, 20 und 21 ist eine Gießgeschwindigkeitsmeßschaltung geschaffen. In dieser zählt ein Zähler 19 das Ausgangssignal eines Bezugs Oszillators 18 und wird bei jedem Zyklus des Signals e mit der Frequenz f. durch den Aus gangs impuls des monostabilen Multivibrators 17 zurückgestellt. Der jeweilige Wert des Zählers 19 wird kurz vor der Rückstellung des Zählers 19 als Stellbefehl in einen Zwischenspeicher 20 eingegeben, so daß jeder Zyklus des die Frequenz f. aufweisenden Signals e gemessen werden kann. Der Arbe its schaltkreis 21 ist ein Reziprokzahl-Rechenschaltkreis, um die Frequenz f, aus den im Zwischenspeicher 20 gespeicherten gemessenen Zyklen zu erhalten.

Mittels der aus Fig. 5 ersichtlichen, gegenüber 4 abgewandelten Ausführungsform läßt sich die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze messen, selbst wenn diese sehr niedrig ist. Wir- aus Fig. 5 ersichtlich, ist diese Ausführungsform zusätzlich zu derjenigen gemäß Fig. 4 mit einem Vergleicher 24 und einem Schalter 25 versehen. Die im Zwischenspeicher 20 und im Zähler 19 gezählten Werte werden dem Vergleicher 24

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angelegt, so daß sie miteinander verglichen werden können. Wenn der im Zwischenspeicher 20 gespeicherte Zählwert größer ist als derjenige des Zählers 19, wird der Schalter 25 durch das Aus gangs signal des Vergleichers 24 in die aus Fig. 5 mit durchgezogener Linie ersichtliche Stellung verbracht, so daß das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 20 zum Reziprokzahlrechner 21 geleitet wird.

Wenn andererseits der im Zähler 19 gezählte Wert größer ist als derjenige des Zwischenspeichers 20, wird der Schalter 25 in die gestrichelte Stellung gemäß Fig. 5 verbracht, so daß dadurch das Ausgangssignal des Zählers 19 zum Reziprokzahlrechner 21 geleitet wird. Auf diese Weise wird durch den Vergleicher 24 der erforderliche Verbesserungsvorgang durchgeführt. Der Reziprokzahlrechner 21 erhält vom Zwischenspeicher oder vom Zähler 19 ein gemessenes Zyklussignal und führt den Reziprokbzw. Umkehrvorgang durch, so daß dadurch die Dopplerfrequenz gemessen bzw. erfaßt wird.

Die aus Fig. 6 ersichtlichen Wellenformen 21-28 verdeutlichen die Arbeitsweise des Dopplergeschwindigkeitsmessers.

Wie erläutert, kann mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 5 der im Zwischenspeicher 20 gespeicherte gezählte Wert mittels des Vergleichers 24 mit dem Zählwert des Zählers 19 verglichen und wahlweise eine Verbindung zwischen dem Zwischenspeicher 20 oder dem Zähler 19 einerseits und dem Reziprokzahlrechner 21 andererseits hergestellt werden. Wenn sich demgemäß die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze verringert, so daß der im Zähler 19 gezählte Wert größer ist als der im Zwischenspeicher 20 gespeicherte Wert, ist deswegen, weil das Zyklussignal des Zählers 19 ein bei der Durchführung des Meßvorgangs errechneter Wert ist, die Ansprechzeit zur Schaffung eines gemessenen Geschwindigkeitssignals gemäß der merkbaren Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze

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kurz, d.h. es erfolgt das Ansprechen schnell.

Fig. 7 (a) und (b) zeigen Ausführungsbeispiele dieses Meßgeschwind igkeitssignals. Hieraus wird deutlich, daß die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 im Vergleich mit den aus Fig. 7 (c) und (d) ersichtlichen Kurven eine gute Geschwindigkeitsempfindlichkeit aufweist. Obwohl in diesem Fall der Wert des gemessenen Geschwindigkeitssignals, während der Ausgang des Zählers 19 angeschlossen ist, nicht notwendigerweise korrekt ist,sodaßsich sofort selbst dann ein Fehlersignal ergibt, wenn sich die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze bei der Anwendung dieser Schaltungsanordnung zur automatischen Steuerung der Gießgeschwindigkeit auf Null reduziert, ist hiergegen nichts Entscheidendes einzuwenden.

Wie erläutert, kann mit der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze genau gemessen werden, obwohl die Änderung der Steiggeschwindigkeit außerordentlich gering ist.

Fig. 10 zeigt einen für die Schaffung eines Gußblockes mit guter Qualität optimalen Gießgeschwindigke its verlauf vom Gießbeginn bis zum Gießende, d.h. die Änderung der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze innerhalb der Form im Verhältnis zur gewünschten Zeit.

Hierbei zeigt Fig. 10 Daten, die in der Praxis tatsächlich gemessen wurden, und zwar auf der Basis, auf welcher der Geschwindigkeits verlauf gemäß Fig. 10 erstellt wurde.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich, stellt die Periode L· eine kurze Zeitdauer dar, während welcher ein Hochgeschwindigkeitsgießen durchgeführt wird, um zu verhindern, daß sich die Gießpfannenschnauze 12' zusetzt bzw. verstopft. Die Zeitdauer t_o beginnt zu einem Zeitpunkt, wenn nicht

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mehr die Möglichkeit des Verstopfens der Gießpfannenschnauze 12' besteht, d.h. nach etwa 30 Sekunden nach dem Gießbeginn, wobei während dieser Zeitdauer t„ das Gießen mit einer Geschwindigkeit durchgeführt wird, die unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit V liegt, bei der Hisse auftreten. Diese Zeitdauer endet zu einem Zeitpunkt T , und zwar in Abhängigkeit von einer Grenzgießhöhe, bei der noch Risse auftreten. Während des nach dem Zeitpunkt T liegenden Zeitraums U wird das

O ο

Gießen mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt, um einen wirksamen Gußblock herzustellen, da die Gießgeschwindigkeit hier wenig zum Auftreten von Rissen, Sprüngen oder dgl. beiträgt. Die Zeitdauer t^ beginnt zu einem Zeitpunkt, an dem der Spiegel der Metallschmelze eine vorgegebene Höhe erreicht. Während dieses Zeitraums t. wird die Gießgeschwindigkeit allmählich verringert, und zwar derart, daß an einer vorgegebenen Stelle der Gießvorgang genau beendet wird. Wenn der Spiegel der Metallschmelze diese Stelle erreicht, wird der Gießvorgang beendet. Es kann daher, wenn der Gießvorgang in der aus Fig. 10 ersichtlichen Weise durchgeführt wird, ein Gußblock gegossen werden, ohne daß nennenswerte Risse, Sprünge oder dgl. auftreten.

Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Gießgeschwindigkeit und der Häufigkeit des Auftretens von Rissen, Sprüngen oder dgl. während der Zeitdauer t~ im Zusammenhang mit 18 Chargen, die jeweils einen Gußblock von 30 t zum Gegenstand haben. Hierbei zeigt sich, daß eine Grenzgießgeschwindigkeit V existiert, bei der das Gießen ohne Auftreten einer nennenswerten Rißbildung durchgeführt werden kann.

So ist z.B. beim Gießen eines Gußblockes von 30 t, dessen Höhe 2,8 m f° beträgt, T eine zum Gießen eines Teiles dieses Gußblockes erforderen liehe Zeit, bei dem die Höhe 1 m und die Grenzgießgeschwindigkeit V ο 90 mm/min beträgt. Durch verschiedene Versuche ist bestätigt, daß

beim Gießen verschiedener Gußblöcke von 5-4Ot eine ähnliche bzw. gleiehe Beziehung vorliegt!

Wie sich aus vorstehendem ergibt, läßt sich daher ein Gußblock mit guter Qualität und geringer Rißbildung dadurch erzielen, daß die Gießgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem sich gemäß Fig. 10 ändernden Muster- oder Vorgabesignal eines Generators 5 zum Erzeugen dieses Gießgeschwindigke its musters ignals gesteuert wird.

Die beschriebene automatische Gießvorrichtung kann derart konstruiert werden, daß eine Gießpfannenschnauze in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der gemessenen Gießgeschwindigkeit und der Muster- bzw. Vorgabegeschwindigkeit intermittierend mit konstanter Periode geöffnet und geschlossen wird; für den Fall, bei dem die Vorrichtung gemäß Fig. oder 5 angewendet wird, ist es jedoch erforderlich, die folgenden Punkte in Betracht zu ziehen.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, liegt eine Zeitverzögerung zwischen der gemessenen Gießgeschwindigkeit und der tatsächlichen Gießgeschwindigkeit vor. Wenn z.B. angenommen wird, daß die Werte für die Frequenz f

dx einer Mikrowelle 10 GHz und für die tatsächliche Gießgeschwindigke it —rr—

100 mm/min betragen, beträgt diese Zeitverzögerung 1/fd = 9 see, wobei die Aussende- bzw. Übertragungsgeschwindigkeit der Mikrowelle etwa 3 χ 10⁸ m/sec beträgt.

Im allgemeinen ist die zum Öffnen und Schließen der Gießpfannenschnauze 12' erforderliche Zeit mit dieser Z eitverzögerung vergleichbar und liegt innerhalb eines Größenbereiches von einigen Sekunden bis einigen zehn Sekunden. Wenn daher die Gießgeschwindigkeit durch ein einfaches Ein-Aus-Steuerungssystem gesteuert wird, wird eine stabile Steuerung nicht erzielt.

Um einen stabilen Arbeitsablauf zu erhalten, ist es andererseits aus den folgenden Gründen nicht wünschenswert, die E in-Aus-Geschwindigkeit der Gießpfannenschnauze 12' jzu verringern:

a) Falls sich eine Störung, wie beispielsweise eine Lekage der Metallschmelze aus der Form, ergibt, muß die Gießpfannenschnauze sofort verschlossen werden, weswegen in diesem Zusammenhang eine Verringerung der E in-Aus-Geschwindigkeit der Gießpfannens chnauze 12' zur Folge hat, daß die Störung nur noch verschlimmert wird.

b) Die im allgemeinen vom Gießbeginn bis zum Gießende erfolgende Steuerung der Gießgeschwindigkeit wird selten mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt, und die Gießgeschwindigkeit ändert sich häufig während des Gießvorgangs, so daß es erforderlich ist, eine gewisse Ansprechgeschwindigkeit der Gießpfannenschnauze zur Verfügung zu haben.

Im Hinblick auf diese Situation ist nun die zur Durchführung eines stabilen und automatischen Hochgeschwindigkeitsgießens der Metallschmelze geeignete Ausführungsform gemäß Fig. 9 zu sehen, bei der als Ausführungsbeispiel einer Gießpfannenschnauze eine hydraulisch angetriebene Verschiebeschnauze zum Steuern der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze verwendet wird, wobei jedoch auch eine durch einen Motor angetriebene Gießpfannenschnauze zur Anwendung gelangen kann.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist ein Regulator 26 vorgesehen, der beispielsweise einen Generator 27 zur Erzeugung von Impulsen mit variablen Perioden aufweist. Ein Impulsbreitenmodulator 28 kann ein E in-Aus-Befehlssignal erzeugen, um eine verschiebbare Gießpfannenschnauze in Abhängigkeit eines Fehlers zwischen dem Signal für die gemessene Gießgeschwindigkeit und dem Signal für die vorgegebene bzw. gewünschte Gießgeschwindigkeit zu betätigen, wobei sich diese Ausführungsform durch die folgenden Merkmale auszeichnet, um ein Steuerungssystem mit hoher Geschwindigkeit stabil zu betreiben:

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a) Der Regulator 26 erzeugt ein Arbeitsbefehlssignal mit drei unterschiedlichen Werten oder Niveaus, d.h. jeweils ein Impulsbefehlssignal zum Öffnen, Schließen oder zum Nichtbetätigen der Gießpfannenschnauze in Abhängigkeit des Fehlers. Durch Schaffung eines Totbereichs für einen Fehler wird durch den Regulator 26 kein Steuerungsvorgang bewirkt, wenn der Fehler innerhalb des Totbereichs liegt.

b) Die Zeitdauer eines Öffnungssignals oder eines Schließsignals ist der Größe dieses Fehlers proportional. Das bedeutet, daß diese beiden Signale einer Impulsbreitenmodulation unterworfen werden.

c) Der Zyklus eines Impulsbefehlssignals wird mit der Zeitverzögerung der Messung der Gießgeschwindigkeit synchronisiert oder derart bestimmt, daß er zwei- bis fünfmal so lang wie die Zeitverzögerung hiervon ist.

Eine Hydraulikeinheit 29, die eine Hydraulikpumpe und ein nicht dargestelltes Steuerventil aufweist, kann in Abhängigkeit vom Aus gangs signal des Regulators 26 einen Hydraulikzylinder 30 antreiben, so daß dadurch eine Gießpfannenschnauze 31 geöffnet oder geschlossen wird.

Fig. 12 zeigt ein Simulationsergebnis für den Fall, bei dem die Gießgeschwindigkeitssteuerung durch Verwendung des Steuerungssystems gemäß Fig. 8 durchgeführt wird. Hierbei zeigt sich, daß es möglich ist, durch geeignete Auswahl des Fehlers und der oben genannten Zeitdauer den gesamten Arbeitsablauf mit hoher Geschwindigkeit sowie stabil durchzuführen.

Die folgende Tabelle zeigt die Rechnungsbedingungen bzw. Zahlenwerte, auf deren Basis das Simulationsergebnis berechnet wurde:

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80 mm 3 m/sec 200 mm/min 30 sec

10.525GHz

Durchmesser der Pfannenschnauze Schnauzenzylinderges chwindigkeit

Gießgeschwindigkeit bei geschlossener Schnauze

Schnauzensteuerungsperiode

Frequenz des Mikrowellen-Gießgeschwindigkeits-

Meßgerätes

Zeitbreite des Befehlsimpulses pro Fehler von

1 mm/min

Teil 1 0,05 see

Teil 2 0,075 see

Teil 3 0,1 see

Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Impulsbreitenmodulators mit einem Differentialverstärker DI, einem Triggerschaltkreis TC, einem Modulationsschalterkreis MC, einem Diodenschalter kr eis DS und Verstärkern Ap A„, wobei das gemessene Gießgeschwindigkeitssignal Sm und das vorgegebene bzw. gewünschte Gießgeschwindigkeitssignal Sp dem negativen bzw. positiven Eingang des Differentialverstärkers DI angelegt werden, um das durch den Modulationsschalterkreis MC modulierte Fehlersignal zu erzeugen. Der Modulationsschalterkreis MC wird durch den Aus gangs impuls des monostabilen Multivibrators 16 gemäß Fig. 4 oder beispielsweise durch den von. einem monostabilen Multivibrator MM zugeführten Aus gangs impuls betätigt, wobei dieser Ausgangsimpuls durch diesen Multivibrator MM über einen Transistor TR und ein Relais R₁ getriggert ist.

Wie erläutert, kann die Metallschmelze in der beschriebenen Weise automatisch gemäß einem optimalen Gießverlauf vergossen werden,, und es können hierbei Fehler, wie beispielsweise sich ansonsten bei einem Gußblock ergebende Querrisse und -Sprünge oder dgl., in weitem Umfang reduziert werden, so daß die Qualität des Gußblockes bemerkenswert verbessert wird.

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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, als Detektor für die Gießgeschwindigkeit ein Geschwindigkeitsmeßgerät zu verwenden, bei dem eine Überschallwelle oder Strahlen oder aber das erwähnte Mikrowellen-Dopplergeschwindigkeits-Meßgerät zur Anwendung gelangen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird der Gießvorgang stillgesetzt, wenn ein intergrierter Wert des gemessenen G ießgeschwindigke its signals einen vorgegebenen Wert erreicht. Bei der Anwendung derselben Form und desselben Gießmusters bzw. Gießverlaufes, wie aus Fig. 13 ersichtlich, kann jedoch auch der Gießvorgang durch ein von einem Zeitgeber 27 kommendes Stoppbefehlssignal SC stillgesetzt werden, wenn eine vorgegebene Zeit nach dem Gießbeginn verstrichen ist.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und 5 sind zwei monostabile Multivibratoren vorgesehen, jedoch kann selbstverständlich auch jegliche andere geeignete Einrichtung verwendet werden, mittels der ein mit der Dopplerfrequenz synchronisiertes Rückstellsignal geschaffen werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1„ Automatische Gießvorrichtung mit einem mit geschmolzenem Metall gefüllten Behälter und einer Form, welcher die Metallschmelze zugeführt wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur berührungslosen Messung der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze innerhalb der Form, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsmusteroder -vorgabesignals gemäß einem gewünschten Gießgeschwindigkeits verlauf, eine zwischen dem Behälter und der Form angeordnete Gießpfannenschnauze, einen Verschluß zum Einstellen der' Menge der hierdurch hindurchlaufenden Metallschmelze und eine Einrichtung zum Betätigen des Gießpfannenverschlusses und zum Steuern des Öffnens des Verschlusses in Abhängigkeit von einem Fehler zwischen dem Signal für die gemessene Steiggeschwindigkeit und einem Signal für die vorgegebene bzw. gewünschte Steiggeschwindigkeit.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung aufweist eine erste Einrichtung zur Erzeugung einer Mikrowelle, eine zweite Einrichtung zum Aussenden der Mikrowelle zum Spiegel bzw. zur Oberfläche der Metallschmelze und zum Empfangen einer von diesem Spiegel der Metallschmelze reflektierten Mikrowelle, eine dritte Einrichtung zum Kombinieren der ausgesendeten Mikrowelle und der reflektierten Mikrowelle und eine vierte Einrichtung zum Messen einer Dopplerfrequenz des Ausgangssignals der dritten Einrichtung, um dadurch die Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze zu erhalten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einrichtung aufweist einen Bezugs impuls generator, einen Zähler zum Zählen der Bezugsimpulse des Generators, eine Einrichtung zum Erzeugen von mit der Dopplerfrequenz des Ausgangssignals der dritten

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Einrichtung synchronisierten Impulsen, eine Einrichtung zum Zurückstellen des Zählers mittels der synchronisierten Impulse, einen Zwischenspeicher zum vorübergehenden Speichern des Zählausgangs des Zählers und eine Einrichtung zum Berechnen der Steiggeschwindigkeit der Metallschmelze auf der Basis des Ausgangssignals des Zwischenspeichers .
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung synchronisierter Impulse aufweist einen ersten und einen zweiten monostabilen Multivibrator,' eine Einrichtung zum Anlegen des kombinierten Ausgangssignals der dritten Einrichtung an den Eingang des ersten monostabilen Multivibrators, eine Einrichtung zur Zufuhr dessen Ausgangssignals an den Ausgang des zweiten monostabilen Multivibrators, eine Einrichtung zur Zufuhr des Aus gangs signals des Zählers zum Zwischenspeicher, um das Lesen der gezählten Bezugsimpulse durchzuführen, und eine Einrichtung zum Rückstellen des Zählers mittels des Ausgangs des zweiten monostabilen Multivibrators.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Zähler zum Zählen der Ausgangs impulse der zweiten Einrichtung und durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals, das für eine Stellung bzw. Lage der Oberfläche der Metallschmelze innerhalb der Form auf der Basis des Ausgangs des Zählers repräsentativ ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Integrieren des Signals für die gemessene Steiggeschwindigkeit und durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Befehlssignals für das Schließen der Gießpfannenschnauze, um dadurch den Gießvorgang zu beenden, wenn der integrierte Wert der Integriervorrichtung einen vorgegebenen Wert erreicht, wobei das Befehlssignal der Steuerungseinrichtung anlegbar ist.

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7. Vorrichtung nacli Anspruch 3, gekennzeichnet durch wenigstens einen Schalter mit zwei Eingangs anschluss en und durch einen Vergleicher, an den der gezählte Bezugs impuls aus gang und der Ausgang des Zwischenspeichers anlegbar sind, um den Schalter in Abhängigkeit von dem Vergleichsausgangssignal des Vergleichers zu betätigen, wobei jeweils der

ι,

eine bzw. andere der Eingangsanschlüsse des Schalters mit dem Zwischenspeicher bzw. mit dem Bezugs impulszähler verbunden sind und der Aus gangs ans chluß des Schalters mit der Recheneinrichtung zum Berechnen der Steiggeschwindigkeit verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung eine Einrichtung zur Betätigung des Schnauzenverschlusses bzw. zum intermittierenden Öffnen und Schließen der Gießpfannenschnauze in Abhängigkeit von dem Fehler sowie eine Einrichtung aufweist, um den Zyklus des Öffnungs vor gangs und des Schließvorgangs mit dem Zyklus zur Berechnung der Steiggeschwindigkeit zu synchronisieren.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung eine Einrichtung zur Betätigung des Schnauzenverschlusses bzw. zum intermittierenden Öffnen und Schließen der Gießpfannenschnauze in Abhängigkeit von dem Fehler aufweist, wobei der Zyklus dieses Öffnungsvorgangs und Schließvorgangs zwei- bis fünfmal so lang ist wie der Zyklus zur Berechnung der Steiggeschwindigkeit.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung einen Impulsgenerator, eine Einrichtung zum Modulieren der Breite eines Ausgangsimpulses des Generators in Abhängigkeit von dem Fehler sowie eine Einrichtung aufweist, mittels welcher der Schnauzenverschluß durch den modulierten Impuls der Moduliereinrichtung betätigbar ist, um die Gießpfannenschnauze intermittierend zu öffnen und zu schließen.

7571 B09B42/02.09
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal für den vorgegebenen Geschwindigke its verlauf einen maximalen Wert innerhalb eines vorgegebenen kurzen Zeitraums vom Gießbeginn an aufweist, danach einen Wert besitzt, der kleiner ist als ein zum Erzielen eines Gußblockes mit vorbestinimter guter Qualität erforderlicher kritischer Wert, bis die Metallschmelze eine voreingestellte Gießhöhe innerhalb der Form erreicht, und außerdem einen Zwischenwert zwischen dem Maximalwert und dem kritischen Wert besitzt, nachdem die Metallschmelze eine vorbestimmte Gießhöhe innerhalb der Form erreicht hat.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zeitgeber zur Erzeugung eines Aus gangs signals nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit und durch eine Einrichtung zum Anlegen des Ausgangssignals des Zeitgebers an die Steuerungseinrichtung, um dadurch die Gießpfannenschnauze zu schließen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus des Ausgangssignals des Impuls generators mit dem Zyklus zur Berechnung der Steiggeschwindigkeit synchronisiert ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus des Aus gangs signals des Impuls generators zwei- bis fünfmal so lang ist wie der Zyklus zur Berechnung der Steiggeschwindigkeit.

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