DE2631015B2

DE2631015B2 - Automatische Metallschmelzengießanlage '

Info

Publication number: DE2631015B2
Application number: DE2631015A
Authority: DE
Inventors: Masakatsu Fujie; Kazuo Honma; Atsushi Tokio Matsuzaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-10-29
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1979-09-27
Also published as: DE2631015C3; JPS5181729A; JPS55145B2; US4134444A; DE2631015A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Metallschmelzengießanlage der im Oberbegriff des Patantanspruchs 1 vorausgesetzten Art, deren Gießpfanne automatisch einen geeigneten Metallschmelzen-Strömungsdurchsatz in jede Form verschiedener Typen zu gießen vermag. Allgemeiner ist die Erfindung in Fällen anwendbar, wo es erforderlich ist, automatisch irgendeine Flüssigkeit in verschiedenen Mengen in Gefäße verschiedener Abmessungen zu gießen.

Die gegenwärtige Praxis in der Metallgießereiindustrie besteht z. B. darin, eine Gießpfanne mit einem Mechanismus zum Kippen der Gießpfanne über einen bestimmten Winkel zu allen Zeiten vorzusehen, so daß sich die Gießpfanne kippen läßt, um Metallschmelze in die Hohlräume von Formen einzuführen, die längs der Gießlinie zugefördert werden. So war es, wenn Formen verschiedener Hohlraumabmessungen, die an sich verschiedene Gießströmungsdurchsätze erfordern, längs der Gießlinie herangeführt werden, üblich, den Kippwinkel der Gießpfanne vorher derart zu wählen, daß der Mechanismus auf einen Gießpfannenkippwinkel eingestellt wird, der für den Formhohlraum der größten Abmessung geeignet ist Als Ergebnis wurde ein großer Gießströmungsdurchsatz an Metallschmelze bisher auch einem Formhohlraum zugeführt, der einen geringen Gießströmungsdurchsatz an Metallschmelze erfordert Weiter war es, da die Stellung der Ausgußöffnung einer Gießpfanne in Abhängigkeit von deren Kippwinkel schwanken kann, bisher erforderlich, die Größe eines Eingußtrichters am Kopf des Eingusses oder Speisers (einschließlich eines Gießbeckens, das die gegossene Metallschmelze zwecks Entfernung von Schlacke und anderen Fremteilchen davon aufnimmt und zeitweilig sammelt) mehr als nötig zu vergrößern.

b5 Diese Faktoren waren verantwortlich für die niedrige Ausbeute der Gußstücke. Die Temperatur der in den Eingußtrichter gegossenen und darin gesammelten

C lauau in

IU Ulli UCl

verursachte eine Steigerung der Abmessung des tingußtrichters bisher eine Verschlechterung der Qualität der hergestellten Gußstücke.

Es ist andererseits auch eine Metaüschmelzengießanlage der eingangs vorausgesetzten Art (DE-PS

12 42 809) bekannt, bei der der Nebentümpel mittels eines Verbindungskanals über eine Oberlaufrinne mit dem eigentlichen Eingußtrichter verbunden ist und erst beim Ende des Gießvorganges mit Schmelze gefüllt wird, so daß die Fotozelle lediglich das Ende des Gießvorganges erfassen und daraufhin das Zurückschwenken der Gießpfanne steuern kann. Auch bei dieser Gießanlage erfolgt also keine Anpassung des Gießströmungsduichsatzes an verschieden große Formhohlräume, so daß der Gießströmungsdurchsatz nicht in optimaler Höhe einstellbar ist

Weiter ist eine Gießpfannenkippvorrichtung bekannt (DE-PS 2 46 304), bei der die Gießschnauze urabhängig vom Kippwinkel der Pfanne mittels eines Hebelmechanismus stets an der gleichen Stelle gehalten wird.

Andererseits ist eine Anordnung zum automatischen Einregeln des Badspiegels einer Metallschmelze in einer offenen Stranggießkokille mittels einer seitlich oberhalb der Stranggießkokille angeordneten Fotozelle bekannt (DE-AS 14 58181), die jedoch zur Steuerung der Verschlußorgane einer zugehörigen Gießpfanne nur dann in Funktion tritt, wenn der Badspiegel zu hoch steigt.

Ferner ist eine Vorrichtung zum selbsttätigen Abfüllen schmelzflüssiger Metalle aus einem kippbaren jo Tiegel in offene Formen bekannt (DE-AS 12 35 520), die zwei Fotozellen verwendet, nämlich eine auf den fallenden Gießstrahl gerichtete Fotozelle, die eine Verlangsamung des Kippens steuert, und eine auf die Formwandung gerichtete Fotozelle, die den Rücklauf der Kippbewegung einleitet

Außerdem ist eine Einrichtung zum Abgießen von Formen bekannt (DE-AS 10 64 206), die einen Hebelmechanismus zum dauernden Halten der Gießöffnung an einer bestimmten Stelle und eine Wiegeeinrichtung zur Steuerung der bestimmten zu vergießenden Metallmenge aufweist

Auf Basis von Wiegemeßwerten arbeitet auch eine andere Vorrichtung zur Verteilung von flüssigem Metall (DE-OS 2101244) mit einer Regeleinrichtung zur Steuerung der Kippbewegung eines Konverters.

Schließlich ist noch eine Vorrichtung zum Gießen von Formaten in offenen Formen bekannt (DE-PS

13 00 207), die außer Formstandort-Erfassungsmitteln, einem hydraulisch betätigten Gießpfannen-Kippmechanismus mit zugehörigem Kippwinkeldetektor und einer Steuereinrichtung zur Betätigung und Steuerung des Kippmechanismus eine Fotozelle zum Erfassen des in der offenen Form nach und nach steigenden Schmelzenspiegels zur Überwachung des Zeitpunktes des Gießbeginns und des Gießendes aufweist, wobei mit im wesentlichen konstantem Gießströmungsdurchsatz gearbeitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Metallschmelzengießanlage der eingangs to genannten Art derart zu verbessern, daß sie sich zum Gießen mit dem optimalen Gießströmungsdurchsatz in jede geschlossene Form auch dann eignet, wenn Formen verschiedener Typen, die unterschiedliche Gießströmungsdurchsätze zu ihren Hohlräumen erfordem, längs der Gießstrecke zugeführt werden, um die Ausbeute und die Qualität der erzeugten Gußstücke verbessern zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Durch die dauernde Füllung des Nebentümpels mit Schmelze während des Gießens ist eine ständige, nicht dutch Gießwirbel gestörte Erfassung des Schmelzen-Spiegels möglich, so daß eine laufende Steuerung des Kippwinkels der Gießpfanne in dem Sinn erfolgen kann, daß der Schmelzenspiegel während des ganzen Gießvorganges im Eingußtrichter automatisch konstant gehalten wird und der Gießströmungsdurchsatz optimal ist

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der automatischen Metallschmelzengießanlage,

Fig.2 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des Metallschmelzenspiegel-Detektors,

Fig.3 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform des Metallschmelzenspiegel- Detektors,

Fig.4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Zusatzeinrichtung zum Bewegen der Gießpfanne in horizontaler Richtung,
' F i g. 5 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Einrichtung zum Bewegen der Gießpfanne in horizontaler Richtung,

F i g. 6 eine Aufsicht und eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Eingußtrichters,

F i g. 7 eine Schnittdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsart des Eingußtrichters,

F i g. 8 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Höhe des Metallschmelzenspiegels und dem Durchmesser der Oberfläche der Metallschmelze des Nebentümpels nach F i g. 7,

F i g. 9 eine Darstellung zur Erklärung des Lichtaufnahmebereichs des Metallschmelzenspiegel-Detektors,

Fig. 10 eine Aufsicht und eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Betriebs zum Erfassen des Metallschmelzenspiegels unter Verwendung des in F i g. 7 dargestellten Nebentümpels,

F i g. 11 eine andere Aufsicht zur Erklärung des Lichtaufnahmebereichs des Metallschmelzenspiegel-Detektors,

Fig. 12 eine schematische Darstellung der automatischen Metallschmelzengießanlage nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 13 ein Diagramm zur Darstellung des Gießströmungsdurchsatzes der in eine Form gegossenen Metallschmelze in Abhängigkeit von der Zeit

F i g. 1 zeigt schematisch die automatische Metallschmelzengießanlage nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, jedoch noch ohne den Nebentümpel, der erst anhand der F i g. 6 — 11 näher erläutert wird. Gemäß der Darstellung ist eine Gießpfanne 1, die von einer rotierbaren Welle 3 gehalten wird, zum Kippen durch die Teleskopbewegung eines Kolbens 2 eingerichtet. Wenn sich die Gießpfanne 1 in der Kippbewegung bewegt, wird ihre Ausgußöffnung an einem festen Drehpunkt 4 abgestützt Eine Form 5, die einen Eingußtrichter 6 und einen Eingußkanal oder Speiser 7 aufweist, ist in der Richtung des Pfeiles beförderbar. Ein Markierungsdetektor S dient zur identifizierung bzw.

Erfassung einer oben auf der Form angebrachten Markierung 9, wenn diese Markierung 9 einen geeigneten Standort erreicht hat Ein Metallschmelzenspiegel-Detektor 10 ist zum Erfassen des Metallschmelzenspiegels im Eingußtrichter 6 vorgesehen.

Eine Steuereinrichtung U, in der ein Datenspeicher montiert ist, steht mit einem Hilfsventil 12 derart in Verbindung, daß sie das öffnen und Schließen des letzteren steuert Der Kolben 2 und das Hilfsventil 12 stellen einen Gießpfannen·Kippmechanismus 13 dar. Ein Gießpfannenkippwinkel-Detektor 14, der an der drehbaren Welle 3 oder einem (nicht dargestellten) Träger montiert ist, dient zum Erfassen des Kippwinkels der Gießpfanne 1. Signale vom Markierungsdetektor 8, vom Metaüschir.elzenspiegel-Detektor 10 und vom Gießpfannenkippwinkel-Detektor 14 werden in die Steuereinrichtung 11 eingegeben, während das Hilfsventil 12 Drucköl von einer Druckölquelle 15 zum Kolben 2 durchläßt

Der Betrieb der gemäß vorstehender Beschreibung aufgebauten Anlage soll nun erläutert werden. Zunächst werden die Formstandort-Erfassungsmittel (die auch als Eingußtrichterlage- Erfassungsmittel bezeichnet werden können) betriebsbereit gemacht Im einzelnen stellt, wenn die Form 5 einen geeigneten Standort erreicht hat, der Markierungsdetektor 8 die Markierung, z. B. den Reflektor 9 fest und erfaßt somit, daß sich die Form 5 am geeigneten Standort befindet Der Markierungsdetektor 8 erzeugt so ein Signal, das der Steuereinrichtung 11 als Eingang zugeführt wird. Auf das Erhalten dieses Signals hin liefert die Steuereinrichtung 11 ein Signal an das Hilfsventil 12, zwecks Kippens der Gießpfanne 1, so daß das Hilfsventil 12 Drucköl zum Kolben 2 durchläßt, dieser eine Teleskopbewegung ausführt, und so die Gießpfanne 1 gekippt wird. Daher wird Metallschmelze in den Eingußtrichter 6 gegossen. Der Metallschmelzenspiegel im Eingußtrichter 6 wird vom Metallschmelzenspiegel-Detektor 10 erfaßt Wenn der Metallschmelzenspiegel höher als ein bestimmtes Niveau wird, erreicht ein Signal die Steuereinrichtung 11 und das Hilfsventil 12, so daß das Hilfsventil 12 derart betätigt wird, daß sich die Menge des dem Kolben 2 zugeführten Drucköls vermindert Umgekehrt wird, wenn der Metallschmelzenspiegel niedriger als das bestimmte Niveau ist, das Hilfsventil 12 in der Weise betätigt daß der Kippwinkel der Gießpfanne 1 durch Zuführen einer erhöhten Menge an Drucköl zum Kolben 2 gesteigert wird. So läßt sich der Metallschmelzenspiegel im Eingußtrichter 6 zu allen Zeiten auf einem optimalen Niveau halten.

Bei Vollendung des Gießens der Metallschmelze wird die Gießpfanne 1 in ihre ursprüngliche Kippstellung zurückgebracht und die Form 5 wird (vorwärts) in der Richtung des Pfeiles weiterbefördert Der Winkel, um den die Gießpfanne 1 gekippt war, als das Vergießen der Metallschmelze beendet wurde, wird im Datenspeicher der Steuereinrichtung 11 gespeichert So wird, wenn die Metallschmelze in die nächstfolgende Form gegossen wird, die Gießpfanne schnell bis zu dem Kippwinkel gekippt, bei dem der vorhergehende Gießvorgang abgeschlossen wurde, und anschließend wird ein weiteres Kippen der Gießpfanne 1 in der Weise gesteuert, daß die Kippbewegung mit geeigneter Geschwindigkeit erfolgt

Die Metallschmelzenspiegel-Erfassungsmittel sollen nun im einzelnen anhand der Fig.2 erläutert werden. Gemäß der Darstellung ist der Metallschmelzenspiegel-Detektor 10 direkt über dem Eingußtrichter 6 angeordnet, dessen Form konisch ist Es sind zwei Metallschmelzenspiegelniveaus festgesetzt: Das eine is ein unteres Niveau Z-S das andere ein höheres Niveai HS. Der Metallschmelzenspiegel-Detektor 10 hat eini Lichtaufnahmeoberfläche mit einer erheblichen Abmes sung, die einen photoelektrischen Strom eines Werte; erzeugt der der Lichteinfallsfläche auf der Lichtaufnah meoberfläche proportional ist. So durchläuft di< Lichteinfallsfläche auf der Lichtaufnahmeoberfläche de: Metallschmelzen-Detektors 10 Änderungen entspre

ίο chend den Änderungen des Lichtvolumens, das von dei Metallschmelze im Eingußtrichter ausgeht, wenn siel· der Metallschmelzenspiegel vom unteren Niveau Li zum höheren Niveau WS ändert Dies verursach entsprechende Änderungen im Weri des von dei

\j Lichtaufr.ahrnccbcrf.ächc des Detektors 10 erzeugter photoelektrischen Stroms. Es ist so möglich, der Metallschmelzenspiegel auf Basis des Wertes des vor der Lichtaufnahmeoberfläche des Detektors 10 erzeugten photoelektrischen Stroms zu erfassen.

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsart der Metall schmelzenspiegel-Erfassungsmittel, bei der der Metall schmelzenspiegel-Detektor 10 schräg über dem Eingußtrichter 16 angeordnet ist Der Eingußtrichter ist hier ir Vertikalquerschnittsform quadratisch, wobei seine Wände vertikal angeordnet sind. Im Eingußtrichter Ii gibt es nach der Darstellung zwei bestimmte Metallschmelzenspiegelniveaus, d.h. ein unteres Niveau Li und ein höheres Niveau HS. Der Metallschmelzenspiegel im Eingußtrichter 16 läßt sich auch hier auf der Basis des Wertes des photoelektrischen Stroms bestimmen der in Abhängigkeit von der Lichtquerschnittsfläche schwanken kann, die von der Metallschmelze ausgeht die sich zwischen dem unteren Niveau LS oder dem oberen Niveau //Sund einem Bezugsniveau SSbefindet Bei den Formstandort-Erfassungsmitteln kann die oben auf der Form 5 angebrachte Markierung 9 festgestellt werden, wenn die Markierung ein Gegenstand ist der viel heller als die Oberfläche der Form 5 ist. Beispielsweise kann die Markierung 9 ein Reflektor sein, der auf der Form 5 in der Weise montiert ist daß das vom Reflektor reflektierte Licht auf den Markierungsdetektor 8 einfällt während die Form 5 längs der Gießlinie befördert wird. Wenn ein Mittel vorgesehen ist wodurch der auf der Form montierte Reflektor nach Eingießen der Metallschmelze in eine nicht betriebsfähige Lage gebracht werden kann, ist es möglich, ohne weiteres solche Formen, die bereits mit Metallschmelze gefüllt sind, von solchen Formen zu unterscheiden, in die noch keine Metallschmelze gegossen wurde. Daneben

so ist es möglich, einen Siebeinsatz zu verwenden, der in jeden Eingußtrichter eingesetzt wird. Der Siebeinsatz besteht aus einem Werkstoff, der viel heller als die Oberfläche der Form ist, so daß praktisch nur das vom Siebeinsatz reflektierte Licht auf den Markierungsde tektor 8 einfallt Durch Anwendung irgendeines dieser

Mittel ist es möglich, die Ankunft der Form 5 an einem

passenden Standort zu erfassen und dann das Anhalten der Form an diesem Standort zu bewirken.

Wenn die Metallschmelze aus der Gießpfanne 1 in die Form 5 gegossen wird, fuhrt eine Steigerung des Kippwinkels der Gießpfanne 1 dazu, daß sich die Lage

des Strahls der gegossenen Metallschmelze vorwärts (oder weiter von der Gießpfanne 1 weg) verschiebt

Um dieser Situation Rechnung zu tragen, wird

vorgeschlagen, eine in Fig.4 dargestellte Einrichtung zur Rückwärtsbewegung der Gießpfanne 1 zu verwenden, wenn ihr Kippwinkel steigt Mit Hilfe der Verwendung dieser Gießpfannenbewegungseinrichtung

ist es möglich, die Metallschmelze stets gezielt in den Eingußtrichter 6 zu gießen und damit die Abmessung des Eingußtrichters 6 verringern zu können. Im einzelnen umfaßt die in Fig.4 dargestellte Gießpfannenbewegungseinrichtung einen Wagen 19, auf den die Gießpfanne gesetzt ist. Der Gießpfannenkippwinkel-Detektor 14 ist an der drehbaren Welle 3 der Gießpfanne 1 montiert und erzeugt Signale, die, wie erwähnt, den Kippwinkeln der Gießpfanne 1 entsprechen. Die Gießpfannenbewegungseinrichtung weist weiter einen Kompensationskolben 20 auf, der durch seine Teleskopbewegung zum Bewegen der Gießpfanne 1 in Horizontalrichtung dient Ein Hilfsventil 21 ist in einer Leitung montiert, die den Kompensationskolben 20 mit einer Druckölquelle 22 verbindet Ein Horizontalbewegungs-Steuergerät 23 ist zwischen dem Gießpfannenkippwinkel-Detektor 14 und dem Hilfsventil 21 eingeschaltet und steuert das öffnen oder Schließen des Hilfsventils 21 bei Empfang von Signalen vom Gießpfannenkippwinkel-Detektor 14.

Die vorstehend beschriebene, in F i g. 4 dargestellte Gießpfannenbewegungseinrichtung arbeitet folgendermaßen: Man läßt die Gießpfanne 1 während eines Metallschmelzengießvorgangs kippen, und ihr Kippwinkel wird vom Gießpfannenkippwinkel-Detektor 14 erfaßt Das Ergebnis wird dem Horizontalbewegungs-Steuergerät 23 zugeführt, das das Hilfsventil 21 entweder öffnet oder schließt Das Drucköl wird von der Druckölquelle 22 durch das Hilfsventil 21 in seiner offenen Stellung dem Kompensationskolben 20 zugeführt Dies bewirkt eine Bewegung des die Gießpfanne 1 tragenden Wagens 19 in der Weise, daß die Gießpfanne 1 horizontal zu einer bestimmten Stelle verschoben wird, so daß der erfaßte Kippwinkel der Gießpfanne 1 horizontal kompensiert wird.

F i g. 5 zeigt eine andere Ausführungsart der Einrichtung zur Horizontalbewegung der Gießpfanne 1. Die in Fig.4 dargestellte Gießpfanne 1 läßt man durch die Teleskopbewegung des Kolbens 2 kippen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig.5 wird eine kübelartige Gießpfanne 24 verwendet, und der auf das Innere der Gießpfanne 24 von einer pneumatischen Druckquelle 25 einwirkende Druck wird mittels eines pneumatischen Druckhilfsventils 26 justiert Die örtliche Lage des Strahls der gegossenen Metallschmelze, die in Abhängigkeit von dem auf das innere der Gießpfanne 24 einwirkenden Druck variieren kann, wird erfaßt, und ein hydraulisches Druckhilfsventil 28 wird durch ein Horizontalbewegungs-Steuergerät 27 in der Weise betätigt daß ein Kompensationskoiben 30 durch Zuführen von Drucköl von einer Dmckölquelle 29 in Bewegung gesetzt wird, wodurch die Gießpfanne 24 horizontal zur korrigierten Stellung bewegt werden kann. Das pneumatische Druckhilfsyentil 26 wird durch ein Gießströmungsdurchsatz-Steuergerät 31 geöffnet oder geschlossen, nachdem der Metallschmelzenspiegel im Eingußtrichter durch den Metallschmelzenspiegel-Detektor 10 erfaßt ist

F i g. 6(a) und F i g. 6(b) zeigen eine erfmdungsgemaß zu verwendende Eingußtrichterunordnung, die im wesentlichen aus einem eigentlichen EinguBtrichter und einem Nebentümpel zur Erleichterung der Erfassung des Metallschmelzenspiegeb besteht Fig.6(i) ist eine Aufsicht der EinguBtrichteranordnung, während Fig. 6(b) einen Vertikalschnitt dieser Anordnung zeigt Wie man erkennt, umfaßt die Eingußtrichteranordnung 32 den EinguBtrichter 33 und den Nebentümpel 34, der nahe bei dem EinguBtrichter 33 angeordnet ist, wobei sowohl der Eingußtrichter als auch der Nebentümpel von konischer Form sind. Der Eingußtrichter 33 und der Nebentümpel 34 sind untereinander wenigstens an ihren Bodenteilen durch einen Verbindungskanal 35 einer Breite verbunden, die geringer als der größte Durchmesserteil entweder des Eingußtrichters 33 oder des Nebentümpels 34 ist.

Wenn Metallschmelze in den Eingußtrichter 33 gegossen wird, läuft Metallschmelze durch den Speiser 7 in den Hohlraum der Form 5 und fließt gleichzeitig durch den Verbindungskanal 35 in den Nebentümpel 34. Da ständig Metallschmelze gegossen wird, ist die Oberfläche der Metallschmelze im Eingußtrichter 33 dauernd aufgerührt und gestört, doch ist die Oberfläche

!5 der Metallschmelze im Nebentümpel 34 nicht bewegt und bleibt praktisch ungestört Fluktuationen des Metallschmelzenspiegels im Eingußtrichter 33 bewirken, daß der Metallschmelzenspiegel im Nebentümpel 34 in gleicher Weise fluktuiert So ist es durch Oberwachen des Metallschmelzenspiegels im Nebentümpel 34 möglich, dem Hohlraum jeder Form einen geeigneten Gießströmungsdurchsatz von Metallschmelze zuzuführen.
Im einzelnen zeigt sich eine Fluktuation des Metallschmelzenspiegels als Vergrößerung oder Verkleinerung der Abmessung der Oberfläche der Metallschmelze. Wenn sich eine geringe Menge von Metallschmelze im Eingußtrichter 33 befindet, ist ihr Spiegel am unteren Niveau 33 L; wenn sich eine große Menge von Metallschmelze darin befindet, ist ihr Spiegel am oberen Niveau 33//. Das untere Niveau 33L und das höhere Niveau 33//entsprechen einem unteren Niveau 34L bzw. einem höheren Niveau 34// im Nebentümpel 34. Falls die Form 5 z. B. eine Sendeform Sandform ist, erscheint die Metallschmelze im Nebentümpel 34 sehr hell im Gegensatz zur Formoberfläche, wenn man sie von oben betrachtet So zeigt sich ein Anstieg oder ein Absinken des Metallschmelzenspiegels als Vergrößerung oder Verkleinerung der Flächenabmessung der Oberfläche der Metallschmelze im Nebentümpel 34.

Durch wirksames Ausnutzen der Wand des konischen Nebentümpels ist es möglich, den Metallschmelzenspiegel mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu erfassen.

Insbesondere wird der Nebentümpel 36 so aufgebaut, daß die schräge Wand des im wesentlichen konischen Nebentümpels in mehrere Wandteile mit verschiedenen Neigungsgraden, nämlich einen unteren, einen mittleren und einen oberen Wandteil unterteilt ist, wie Fig.7

so zeigt Der untere Wandteil ist mit A, der mittlere Wandteil mit B und der obere Wandteil mit C bezeichnet, und diese drei Teile weisen untereinander verschiedene Neigungsgrade auf. Die Niveaus größten Durchmessers der Wandteile A, B und C verschiedener Neigungsgrade sind mit a, b und c bezeichnet Der mittlere Wandteil B ist weniger steil als der untere Wandteil A und der obere Wandteil C geneigt Da der mittlere Wandteil B schwächer als die übrigen Wandteile geneigt ist, bewirkt eine geringe Änderung

eo des Metallschmelzenspiegels hier eine relativ große Änderung des Durchmessers der Oberflache der Metallschmelze im mittleren Wandteil A

Diese Tatsache soll anhand von Fig.8 erläutert werden, in der die Metallschmelzenspiegel lings der Horizontalachse gegen die Durchmesser der MeUlI- schmelzenoberfläche im Nebentümpel aufgetragen sind Im Fall des in Fig.6 dargestellten Nebentümpels 34 ändert sich, wenn sich der Metallschmelzenspiegel von

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HA'bis Hb'ändert, der Durchmesser der Metallschmelzenoberfläche nur von a'bis /»'(gestrichelt dargestellt). Im Fall des Nebentümpels 36 nach F i g. 7 ändert sich dagegen der Durchmesser der Metallschmelzenoberfläche hierfür von a bis b (mit ausgezogenen Linien dargestellt). Die Neigungen oder Abhänge lassen sich wie folgt ausdrücken:

W -α'

b-ii

Hb' - Ha Hh - Ho

Man sieht, daß bei gleichen Niveauänderungen des Metallschmelzenspiegels der Nebentümpel nach F i g. 7 eine größere Änderung im Durchmesser der Metallschmelzenoberfläche als der Nebentümpel nach F i g. 6 ergibt.

Wenn ein Gießvorgang unter solchen Umständen durchgeführt wird, daß von Zeit zu Zeit Änderungen der Gießbedingungen infolge von Rauch oder Staub auftreten, läßt sich der Metallschmelzenspiegel mit erhöhter Genauigkeit messen, indem man die Lichtaufnahmeoberfläche des Metallschmelzenspiegel-Detektors entsprechend Fig.9 aufbaut Wie in Fig.9 dargestellt ist, weist ein Lichtaufnahmebereich 37 eine Vielzahl von in einer primären Ebene angeordneten Lichtaufnahmeelementen 40 auf. Der Metallschmelzenspiegel wird durch die Flächenabmessung der Metallschmelzenoberfläche angezeigt So hat, wenn der Metallschmelzenspiegel hoch ist, der Lichtaufnahmebereich eine große wirksame Fläche A; wenn der Metallschmelzenspiegel niedrig ist, hat der Lichtaufnahmebereich eine kleine wirksame Fläche B. Die Abmessung der wirksamen Fläche bestimmt den Wert des elektrischen Stroms, in den die Abmessung der wirksamen Fläche des Lichtaufnahmeoberflächenbereichs umgewandelt wird. Und zwar fließt, wenn die wirksame Fläche von großer Abmessung ist, ein Strom von hoher Stärke. Die Lichtaufnahmeelemente 40 sind in einem schachbrettförmigen Muster in η Reihen und m Säulen angeordnet, so daß ihre Zahl (π χ m) ist Jedes von (η χ m) Elementen spricht auf die Nichthelligkeit an, wenn das darauf einfallende Lichtvolumen ein bestimmtes Niveau überschreitet

Der Durchmesser der Metallschmelzenoberfläche kann mit erhöhter Genauigkeit gemessen werden, obwohl eine Fehlausrichtung des Detektors 10 zum Nebentümpel toleriert wird, wenn folgende Schritte beachtet werden. Die Zahl der Lichtaufnahmeelemente, auf welche Licht eines ein bestimmtes Niveau überschreitenden Volumens einfällt, von allen den zwischen der ersten Säule und der ersten Reihe und der ersten Säule und der n-ten Reihe des Lichtaufnahmebereichs 37 angeordneten lichtaufnahnieelemenien wird von einem Computer berechnet Das Abtasien der Lichtaufnahmeelemente wird wiederholt von der ersten Säule zur u-ten Säule durchgeführt, und die Zahl der Lichtaufnahmeelemente jeder Säule, auf welche licht des das bestimmte Niveau überschreitenden Volumens einfällt, wird berechnet Die Zahl der Lichtaufnahmeelemente der Säule, die die größte Zahl von Lichtaufnahmeelementen aufweist, auf die licht des bestimmten Lichtvolumens einfällt, wird verwendet, um den Durchmesser der Metallschmelzenoberfläche zu bestimmen. Da der Durchmesser der Metallschmelzenoberfläche proportional zum Metallschmelzenspiegel ist, kann man ohne weiteres den Metallschmelzenspiegel durch Messen des Durchmessers der Metallschmelzenoberfläche bestimmen.

Wenn ein Nebentümpel der in Fig. 10 dargestellten Form verwendet wird, ist es möglich, die Metallschmelzenspiegel-Erfassungsmittel zu vereinfachen und weite Toleranzen hinsichtlich der Ausrichtung des Detektors zum Nebentümpel zuzulassen. Wie dargestellt ist, weist der Nebentümpel 38 eine solche Gestalt auf, daß er im querliegenden Schnitt rechteckig und im senkrecht geführten Schnitt dreieckig ist. Das eine Paar von gegenüberliegenden Seitenwänden 38a und 3Sb ist schwach zum Boden geneigt, während das andere Paar von gegenüberliegenden Seitenwänden 38c und 38c/ steil geneigt (im wesentlichen im gleichen Grad wie ein Abzug) oder im wesentlichen vertikal angeordnet ist.

Durch diese Anordnung ist es möglich, den Metallschmelzenspiegel als Breite der Metallschmelzenoberfläche mittels eines Lichtaufnahmebereichs 39 nach F i g. 11 anzuzeigen. Auch wenn die relativen Lagen des Lichtaufnahmebereichs 39 und des Nebentümpels 38 derart sind, daß der erstere gegenüber seiner normalen Lage in der A'-Richtung in eine in der Figur gestrichelt angedeutete Lage versetzt ist, kann man die Breite der Metallschmelzenoberfläche mit hohem Genauigkeitsgrad messen. Eine Verschiebung des Lichtaufnahmebereichs 39 in der K-Richtung läßt sich durch Steigern der Zahl der Lichtaufnahmeelemente des Lichtaufnahmebereichs 39 kompensieren.

Fig. 12 zeigt eine automatische Metallschmelzengießanlage nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, womit eine möglichst geringe Schwankung des gewünschten Gießströmungsdurchsatzes der in die Form gegossenen Metallschmelze ermöglicht wird und die Zeit des Abschlusses des Gusses genau vorherbestimmbar ist, wodurch die Beendigung des Gusses der Metallschmelze zur geeigneten Zeit ermöglicht wird. Gemäß der Darstellung ist eine Integriersteuereinrichtung 42 zwischen der Steuereinrichtung 11 und dem Hilfsventil 12 eingeschaltet Der Markierungsdetektor 8 erfaßt an Formen verschiedener Arten angebrachte Markierungen und liefert durch einen Verstärker 43 der Integriersteuereinrichtung 42 ein Signal, das der erfaßten Markierung entspricht Ein Metaüschmelzengießmengen-Detektor 44, der in Betrieb setzbar ist, wenn die herangeführte Form 5 an einem bestimmten Standort anhält, berechnet einen integrierten Wert des Gießströmungsdurchsatzes von Metallschmelze und liefert ein entsprechendes Signal an die Integriersteuereinrichtung 42.

Im Betrieb erfaßt, wenn die Form 5 am geeigneten Standort anhält, der Markierungsdetektor 8 die an der Form 5 angebrachte Markierung und liefert der Integriersteuereinrichtung 42 ein Signal. Auf den Empfang dieses Signals hin steuert die Einrichtung 42 den Kippgrad der Gießpfanne 1 so, daß Metallschmelze in der folgenden Weise in die Form 5 gegossen werden kann. Zuerst wird die Metallschmelze für einen Zeitabschnitt ti mit einem GieBströmungsdurchsatz gegossen, der ein idealer Strömungsdurchsatz der in diese bestimmte Form 5 zu vergießenden Metallschmelze ist, wie durch den ersten Teil einer ausgezogenen Kurve A in F i g. 13 angedeutet ist Man ermittelt einen idealen Gießströmungsdurchsatzverlauf A für jeden Fonntyp. Nach Verstreichen des Zeitabschnitts ti wird das Gießen der Metallschmelze für einen Zeitabschnitt t durchgeführt, während dessen der Metallschmelzenspiegel durch den Metallschmelzenspiegel-Detektor 10 so erfaßt wird, daß das Gießen der Metallschmelze fortgesetzt wird, ohne daß der GieBströmungsdurchsatz der Metallschmelze merklich von dem idealen Gießströ-

mungsdurchsatzverlauf A der Metallschmelze abweicht, wie durch die gestrichelte Kurve B angedeutet ist Wenn der Metallschmelzengießvolumen-Detektor 44 erfaßt, daß der integrierte Wert des Metallschmelzengießströmungsdurchsatzes eine bestimmte Höhe erreicht hat, wird das Gießen nach Ablauf der Zeitabschnitte ti + f

noch für eine Zeitdauer i2 entsprechend dem vorbestimmten Muster fortgesetzt, das durch den restlichen Teil der ausgezogenen linie A angedeutet ist. Es werden besondere Metallschmelzengießmuster für verschiedene Arten von Formen ermittelt und in der Integriersteuereinrichtung 42 gespeichert

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Automatische Metaüschmelzengießanlage für horizontal bewegte geschlossene Formen mit einem Eingußtrichter und einem mit diesem über eine Rinne verbundenen Nebentümpel, bestehend aus einer hydraulisch kippbaren Gießpfanne, einem auf den Nebentümpel gerichteten, aus einer Fotozelle bestehenden Metallschmelzenspiegeidetektor, Formstandorterfassungsmitteln und einer Steuer- und Regeleinrichtung, die den Gießpfannenlcippwinkel in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Metallschmelzenspiegeldetektors und der Formstandorterfassungsmittel steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingußtrichter (33) und der damit durch einen Verbindungskanal (35) verbundene Nebentümpel (34) gleiche Tiefe aufweisen und während des gesamten Gießvorganges mit Schmelze gefüllt sind, wobei die Höhe des Schmelzenspiegels im Nebentümpel (34) von der Fotozelle (10) ständig erfaßt und das von ihr gelieferte Ausgangssignal zur Steuerung des Kippwinkels der Gießpfanne (1) benutzt wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen Kompensationskolben (20) aufweist, der der Bewegung der Gießpfanne (1) in horizontaler Richtung dient und mit einem Hilfsventil (21) verbunden ist, das zum Empfang eines Ausgangssignals eines anderen Steuergerätes (23) und Bewegen der Gießpfanne (1) über eine die Kippbewegung der Gießpfanne kompensierende Strecke in horizontaler Richtung dient

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstandort-Erfassungsmittel einen an der Form (5) vorgesehenen Reflektor (9) und einen Markierungsdetektor (8) zum Erfassen der Standorterreichung durch die Form (5) auf der Basis des vom Reflektor (9) reflektierten I ichtvolumens aufweisen.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschmelzenspiegel-Detektor (37) einen Lichtaufnahmebereich mit einer Vielzahl von Lichtaufnahmeelementen (40) aufweist, die in einer Ebene angeordnet sind.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen Metallschmelzengießvolumen-Detektor (44) zum Erfassen des integrierten Wertes des Gießdurchsatzes der gegossenen Metallschmelze und als Steuereinrichtung eine Integriersteuereinrichtung (42) zum Empfang von Signalen vom Metallschmelzenspiegel-Detektor (10), von den Formstandort-Erfassungsmitteln (8) über einen Verstärker (43), vom Metallschmelzengießvolumen-Detektor (44) und vom Gießpfannenkippwinkel-Detektor (14) aufweist und daß die Integriersteuereinrichtung (42) zur Aufgabe von Signalen zur Betätigung und Steuerung des Gießpfannen-Kippmechanismus (13) derart dient, daß die Metallschmelze für einen ersten Zeitabschnitt (t\) mit einem Gießströmungsdurchsatz gegossen wird, der ein vorab ermittelter idealer Strömungsdurchsatz (A) der in die jeweilige Form (5) zu vergießenden Metallschmelze ist, daß in einem anschließenden Zeitabschnitt (t) das Gießen so erfolgt, daß der Metallschmelzenspiegel durch den Metallschmelzenspiegel-Detektor (10) so erfaßt wird, daß der Gießströmungsdurchsatz der Metallschmelze nicht merklich vorn idealen Gicßströ-

mungsdurchsatzverlauf (A) der Metallschmelze abweicht (Kurve B), und daß, wenn der Metallschmelzengießvolumen-Detektor (44) erfaßt, daß der integrierte Wert des Metallschmelzengießströmungsdurchsatzes eine bestimmte Höhe erreicht hat, das Gießen nach Ablauf der ersten beiden Zeitabschnitte (ti + t) noch für eine Zeitdauer (t₂) entsprechend dem Restteil des idealen Strömungsdurchsatzverlaufs ^fortgesetzt wird.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Integriersteuereinrichtung (42) einer derartigen Steuerung dient, daß ein zum Zuführen von Drucköl zum Kolben (2) des Gießpfannen-Kippmechanismus (13) vorgesehenes Hilfsventil (12) entsprechend dem vorbestimmten Gießströmungsdurchsatzverlauf (A) durch Signale von der Steuereinrichtung (42), dem Verstärker (43) und dem Metallschmelzengießmengen-Detektor (44) nur für Zeitabschnitte (ti, h) in der Angangs- und der Endstufe eines Metallschmelzengießvorganges geöffnet und geschlossen wird und daß das Hilfsventil während eines von den genannten Zeitabschnitten (tu ti) verschiedenen Zeitabschnittes (t) durch Signale vom Metallschmelzenspiegel-Detektor (10) geöffnet und geschlossen wird.