DE2639793B2 - Regelung zum automatischen Abgießen von Gießformen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelung zum automatischen Abgießen von Gießformen im Fallgießen aus einer steuerbaren Pfanne, mit an einem von der Gießform entfernten Ort angebrachten Photosensoren zum Auffangen γοη Licht- oder Infrarotstrahlung, die von einem mit seiner Pegelhöhe veränderlichen freien Oberflächenabschnitt des in der Gießform vorhandenen flüssigen Metalls ausgesandt wird, und mit einem Regelkreis, der von den Photosensoren erzeugte, der Intensität der genannten Strahlung entsprechende Meßsignale kontinuierlich verarbeitet, ein Steuersignal bildet, das auf eine den Ablaß aus der Gießpfanne verändernde Steuereinrichtung einwirkt, und die Durchflußmenge des Gießstrahls während dem Gie-

Ben derart verändert, daß die genannte Pegelhöhe auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.

Eine derartige Regelung ist beim Stranggießen mittels offener Kokillen bekannt (DE-OS 2438160, DE-OS 1458 181, DE-GM 7504522). Beim Abgie-Ben von geschlossenen Gießformen, wie sie auf Standbahnen oder Karusselle» benutzt werden, treten jedoch besondere Probleme auf.

Das Hauptproblem beim Abgießen von mit einem Eingußtümpel versehenen Gießformen für Formguß liegt in den Unstetigkeiten des Materialdurchflusses im schmalen Kanal, der den Eingußtümpel mit dem inneren Raum der Sandform oder der Kokille verbindet. Sowohl die Bildung von Gasblasen oder -flammen, die nach oben auszuweichen versuchen, als auch die Tatsache, daß die unterschiedliche Ausbreitung des flüssigen Metalls im inneren Raum der Form starke und plötzliche Änderungen erfährt, haben Durchflußänderungen in dem erwähnten Kanal zur Folge, wobei diese Änderungen, die auf die Pegelhöhe im Eingußtümpel einen direkten Zufluß haben, völlig unvorhersehbar sind.

Dies ist beim Abgießen verhältnismäßig kleiner Gegenstände, die in Massenfertigung hergestellt werden, wie Bremszylinder für Personenwagen, oder Pleuelstangen für Motoren, besonders wichtig. Wenn man die eingangs erwähnten Regelungsverfahren, bei denen nur die Pegelhöhe gemessen wird, auf das Abgießen von Gegenständen der oben erwähnten Art anzuwenden versucht, so stößt man auf die folgende Schwierigkeit: Die unvorhersehbaren Änderungen der Geschwindigkeit, mit welcher der Eingußtümpel sich nach dem Inneren der Form entleert, können nur beherrscht werden, wenn die Reaktionsgeschwindigkeit der durch die Mittel zum Messen der Pegelhöhe, durch die Mittel zur Auswertung der Meßsignale und zur Bildung der Steuersignale, durch die Steuermittel der Pfanne, durch die Pfanne selbst und durch den Gießstrahl gebildeten Regelschleife sehr hoch ist. Die Pfanne ist jedoch ein Glied sehr großer Trägheit, das Verspätungen in die Wirkungsart der Schleife einführt. Darüber hinaus ist ihr aus gießtechmschen Belangen bestimmter Rauminhalt nicht frei wählbar. Die Trägheit der Regelschleife hat nun zur Folge, daß schnelle Änderungen der Durchflußmenge im inneren Kanal der Form zyklisch Variationen des Gießstrahldurchflusses und somit der ganzen Regelung bewirken können.

Dieser Schwierigkeit könnte man allerdings dadurch abhelfen, indem der Inhalt des Eingußtümpels groß genug gewählt würde. Dies ist jedoch aus wirtschaftlichen Gründen unerwünscht, da jede unnötige Vergrößerung der Metallmenge, die zur Füllung einer Gießform notwendig ist, eine Vergrößerung der Metallmenge, die vieder geschmolzen werden soll, zur Folge hat.

Der Erfinduni!; liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße P-egelungsverfahrcn hinsichtlich der Reaktionsgeschwindigkeit der Regelschleife dahingehend zu verbessern, daß es zum Abgießen von geschlossenen Gießformen geeignet ist.

Ausgehend v'in einer Regelung der eingangs erwähnten Art ΜΛ1 diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Abgießer* v<m mit einem Eingußtümpel ausgerüsteten verfahrt«!rcn Gießformen für Formguß, die nacheinanderfolgend unter den Gießstrahl verfahren werden, die Photosenso ,en mindestens zwei Sensoren umfassen, von denen der eine Sensor die direkte Strahlung aus der freien Oberfläche des Metalls im Eingußtümpel und der zweite Sensor die Strahlung aus einem Gießstrahlabschnitt vorbestimmter Länge auffängt, wobei der die Strahlung aussendende Ober-"i flächenabschnitt im Eingußtümpel mit seiner Pegelhöhe veränderlich ist, und der Regelkreis die Meßsignale aus beiden Sensoren zur Bildung des Steuersignals verarbeitet.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß

in die sichtbare Breite des Gießstrahls einem Maß für dessen Durchmesser und infolgedessen für dessen Durchflußmenge gleichkommt. Der sichtbare Flächeninhalt eines Gießstrahlabschnittes vorbestimmter Länge ist also ein Maß der Metallmenge, die nach eij ner kurzen Zeitspanne in den Eingußtümpel gelangen wird. Mit anderen Worten, die Messung der Gießstrahlbreite oder des sichtbaren Flächeninhaltes eines Gießstrahlabschnittes vorbestimmter Länge ermöglicht eine- näherungsweise, aber dennoch brauchbare

2i) Voraussage der im nächsten Augenblick zu erwartenden Pegelhöhenänderung im Einguß.ümpel. Durch die Einführung des der Gießstrahlbreite entsprechenden Meßsignals in die, die Steuersignale verarbeitenden Mittel, wird die Reaktionsgeschwindigkeit der

r> RegelK.hleife merklich vergrößert, und die Erfahrung hat gezeigt, daß durch diese Maßnahme die Automatisierung des Abgießens von Gießformen für Formguß, sei es von Sandformen oder von Kokillen, für Gegenstände, wie die vorstehend abgeführten, wirtschaftlich durchführbar ist. Die Regelung der Pegelhöhe im Eingußtümpel auf einen vorbestimmten Wert wird während Gießvorgängen, die ungefähr K) Sekunden dauern, dermaßen durchgeführt, daß sowohl Schlackeneinschlüsse, wie jegliche Überschwemmung

π des Eingußtümpels vermieden werden, und dies, ohne daß es nötig ist, dem Eingußtümpel übermäßige Abmessungen zu geben. Mit der erfindungsgemäßen Regelung können z. B. Gießformen ganz verschiedener Abmessungen, die zur Bildung von unterschiedlichen Gußstücken ausgebildet sind, ohne jegliche Zwischeneinstellung der Gießanlage aufeinanderfolgend abgegossen werden, wobei das Abgießen in jedem Fall selbsttätig unter Einhaltung optimaler Gießparameter erfolgt.

4-, Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

-,ei Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellungeiner Gießeinrichtung, bei der die erfindungsgemüüe Regelung vorgesehen ist,

Fij. 2 und 3 schematische Schnitte, welche zwei Ausführungsmöglichkeiten des Eingußtrichters der

-,-) Gießform veranschaulichen,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Photosensor, und

Fig. 5 ein B'ockschema der Regeleinrichtung.
Die wichtigsten Elemente der Gießeinrichtung sind

_W) schematiscli in der Fig. 1 veranschaulicht, in welcher mit 1 eine Gießpfanne bezeichnet ist, die eine Schnauze 2 hat und die durch eine bewegliche Stützvorrichtung 3 getragen wird, welche samt der Gießpfanne um eine Achse 4 kippbar ist. Die Lage der

_h-, Gießpfanne 1 wird durch einen Motor 5 verändert. Dieser treibt eine Seiltrommel 6 an, welche mit dem Kabel 7 die Stützvorrichtung 3 auf und ab kippt. Ein Winkelsensor 8 wird ebenfalls durch den Motor 5 an-

getrieben und liefert an einen Regelkreis 9 eine Information über den Kippwinkel der Gießpfanne.

Wenn die Gießpfanne mit geschmolzenem Metall gefüllt ist, wird sie in eine vorbestimmte Lage über der Laufbahn gebracht, entlang welcher die Gießfor- ■ men verfahren werden, und zwar längs geradliniger Schienen oder auf einem Karussell, um nacheinander in eine Lage zu kommen, in der sie ausgefüllt werden. Eine Gießform 10 ist in Fig. 1 schematisch veranschaulicht. Man sieht dort die Einfüllöffnungen am "' oberen Ende des Eingußtrichters 11 und auch Hilfsöffnungen 12. in denen das geschmolzene Metall erscheint, sobald die Gießform gefüllt ist.

Um den gewollten Ablauf des Gießvorganges zu gewährleisten, ist die Einrichtung mit einer Steueran- ' · Ordnung ausgerüstet, zu der nebst dem Regelkreis 9 und dem Winkelsensor auch eine Anzahl von photosensiblen Sensoren A, B, C, D, E, F, gehören, deren Ausbildung weiter unten beschrieben isi. Diese Sensoren sind feststehend an Stellen angeordnet, die in -" der Nachbarschaft der Gießform 10 und der Gießpfanne 1 verteilt sind, und zwar in Abständen von den zu überwachenden Stellen, die etwa 0,5 bis 2 m betragen. Jeder Sensor überwacht eine eigene Stelle der Gießeinrichtung.

Der Sensor A ist auf die freie Oberfläche des in der Gießpfanne enthaltenen Metalls in der Nähe der Pfannenschnauze gerichtet. Er übt eine Kontroll- und Korrekturfunktion aus, wie noch zu beschreiben sein wird, wobei er namentlich auf die Temperatur des ge- i" schmolzenen Metalls in der Gießpfanne anspricht.

Der Sensor B ist auf das äußere Ende der Pfannenschnauze 2 gerichtet; er dient dazu, die Anwesenheit von geschmolzenem Metall an dieser Stelle zu überwachen, um selbsttätig die Funktion der Regelungs- r. vorrichtung beim Beginn des Gießens einzuschalten.

Der Sensor C ist auf den Strahl von flüssigem Metall gerichtet, der von der Gießpfanne 1 in den Eingußtrichter 11 abfließt. Er dient dazu, die Breite dieses Strahles und damit auch die zeitliche Abflußmenge μ zu messen.

Der Sensor D liefert die Information über die Höhe der freien Oberfläche des geschmolzenen Metalls im Eingußtrichter 11. Hierauf wird im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 zurückzukommen sein. -r,

Die Hilfssensoren E und F sind dazu bestimmt, die Unterbrechung des Gießvorganges herbeizuführen. Dabei sind die Sensoren E auf die öffnungen 12 gerichtet und führen das Zurückkippen der Gießpfanne 1 herbei, wenn der Gießvorgang abgeschlos- vt sen ist, bzw. wenn das geschmolzene Metall in diesen Öffnungen erscheint, wogegen die Sensoren F Sicherheitssensoren sind, die den Gießvorgang unterbrechen, falls geschmolzenes Metall an einer anormalen Stelle in Erscheinung tritt, etwa bei einem Überborden oder bei fehlgerichtetem Eingießstrahl oder bei einem Fehler in der Gießform selbst. Diese Sensoren F können auf Zonen der Gießform gerichtet sein, die den Öffnungen 11, 12 benachbart sind oder auf irgendeine benachbarte Zone, in der ein unerwünscht tes Erscheinen von Metallschmelze zu überwachen ist.

Die Sensoren C und D führen eine erstrangige Rolle in der Steuerung des Gießvorganges aus. Damit sich dieser Vorgang normal abspielt, ist es wichtig, die freie Oberfläche des im Eingußtrichter befindlichen geschmolzenen Metalis auf einer ungefähr konstanten Höhe zu halten. Zu diesem Zweck kann der Sensor D etwa nach Fig. 2 oder nach Fig. 3 gerichtet

In der Anordnung nach Fig. 2 weist die Gießform einen Eingußtrichter mit zylindrischem Oberteil auf. Der Sensor ist schräg auf diesen Eingußtrichterteil gerichtet. Wenn die freie Oberfläche der Metallschmelze verhältnismäßig niedrig gelegen ist, z. B. bei a (Fig. 2), so strahlt nur der Oberflächenteil o, in Richtung des Sensors D ab, weil der restliche Teil dieser Oberfläche durch den oberen Rand des Trichters 11 abgedeckt ist. Falls hingegen die freie Oberfläche der Schmelze die Höhe h erreicht, so strahlt die ganze (lache H₁ in Richtung des Sensors D ab. so daß das [!nudel von sichtbarem Licht und/oder von infraroter Strahlung, das von diesem Sensor aufgenommen wird, erheblich größer wird. Dieser Sensor kann somit ein elektrisches Signal abgeben, dessen Größe derjenigen des für ihn in Erscheinung tretenden Oberflachenabschnittes entspricht, und somit auch dem Niveau der freien Oberfläche des geschmolzenen Metalls im liingußtrichter entspricht.

Die Fig. 3 zeigt, wie der Sensor angeordnet sein kann bei Vorhandensein eines Eingußtrichters 11. dessen oberer Teil kegelig ausgebildet ist. Falls die freie Oberfläche der Metallschmelze das Niveau α erreicht, so hat die Breite dieser Oberfläche den Wert «,, wogegen dann, wenn diese Oberfläche das Niveau b erreicht, die Breite dieser Oberfläche den Wert /j, ha.. Incieser Anordnung ist unbekümmert um das Niveau die ganze freie Oberfläche im Beobachtungsfeld des Sensors Ü.

Die Beobachtungsrichtung konnte bei einer solchen Trichterform sogar vertikal sein.

In der Praxis kann die Messung noch erleichtert werden durch die Benützung einer Abdeckung, welche die Beobachtung auf jenen Flächenteil beschränkt, der wirklich interessant ist. also jenen, der im linksseitigen Teil des Eingußtrichters nach Fig. 2 oder nach Fig. 3 gelegen ist.

Man Mnn auf diese Weise eine Fehlmessung vermeiden, die z. B. durch eine Beschädigung des oberen rechtsseitigen Teils des Trichterrandes in Anordnung nach Fig. 2 entstehen könnte.

Aus den Fig. 2 und 3 ist auch ersichtlich, wie der Sensor C die im Gießstrahl pro Zeiteinheit durchfließende Menge messen kann. Der strichpunktierte Kreis c_p der in diesen beiden Figuren eingetragen ist. veranschaulicht schematisch das Sichtfeld des Sensors C; dieses Sichtfeld überspannt eine feststehende Länge des Gießstrahls und die aufgenommene Strahlung hängt deshalb nur von der Breite des Strahles ab und somit von der pro Zeiteinheit durchflieLinden Menge. Für praktische Zwecke wird man den Sensor C auf einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt des Gießstrahles richten. Außerdem wird man das Beobachtungsfeld rechteckig gestalten unter Verwendung einer entsprechenden Abdeckung.

Die Fig. 4 veranschaulicht die bauliche Ausbildung der Sensoren A bis F. Das Beobachtungsfeld wird bestimmt durch die Orientierung der zylindrischen Armatur, 13 die den Körper des Sensors bildet. In dieser Armatur ist ein Linsenträger 14 schraubverstellbar unter Verwendung eines rohrförmigen Schlüssels mit Nasen, welche in den Querschlitz 16 eingreifen. Ein wie ein Dichtungsring eingesetzter Ring 15 sorgt durch Reibung für eine nachgiebige Fixierung.

Der Linsenträger 14 trägt eine Linse 17 von geeigneter Brennweite, so daß am hinteren Ende der Armatur ein reelles Bild des Beobachtungsfeldes des

Sensors entsteht. Der hintere Einsatz 18 trägt ein photosensibles Element 19. ζ. Π. einen photoempfindlichen Widerstand oder ein anderes photoelektrisches Element, das befähigt ist, einen elektrischen Stromkreis in Funktion der aufgenommenen Strahlung zu beeinflussen. In einer vereinfachten Version könnte die Unse durch eine einfache Scheibe ersetzt sein, die ein Kleines Loch oder einen Schlitz hat und somit eine ähnliche Rolle spielen kann, obwohl wegen der geringeren Lichtausnützung die photoelrklrischen Elemente dann viel sensibler sein müßten. Das photosensiblc Element 19 ist durch ein Kabel 20 so mit dem Regelkreis 9 verbunden, wie dies in Fig. I gezeigt ist.

Das eigentliche photosensiblc Element ist in einer Kapsel 21 untergebracht, die am Einsatzstück 18 befestigt ist und einen durchscheinenden Schirm 22 aufweist, welcher durch ledern 23 und einen Blockierring 24 in der Vorderöffnung der Kapsel 21 Icslgchalten wird. Diese Anordnung wurde gewählt, weil sie eine rasche Demontage der Kapsel 21 anläßlich der ELinstellung der Sensoren ermöglicht. Es versteht sich deshalb, daß andere Halterungen vorgesehen sein könnten. Beispielsweise könnte das photosensiblc Element auf der gleichen Stelle des Schirmes gelegen sein wie die Objektivlinse, wobei dann auf das Reflexionsvermögen und nicht mehr auf das Durchscheinvermögen abgestellt würde.

Bei der Einstellung jedes Sensors ist vor dem Schirm 22 eine geeignete Maske 25 zu bilden und zu fixieren. Dazu ist erforderlich, zuerst die Linse 17 so einzustellen, daß das reelle Bild des Sichtfeldes auf dem Schirm <. ntsteht, sobald der Einsatz 18 eingesetzt ist. Danach sind in diesem reellen Bild jene Elemente auszuwählen, welche das photosensible Element 19 beeinflussen sollen. Diese Auswahl wird erhalten indem man der Maske 25 eine solche Form gibt, daß nur diejenige Strahlung, die von dem diesem Bildteil entsprechenden Teil der Schmelzeoberfläche herrührt, auf den durchscheinenden Schirm 22 gelangt. Im Gebrauch bildet sich dann auf diesem Schirm ein Lichtfleck, von dem her das photosensible Element bestrahlt wird. Im Falle des Sensors C wird die Maske 25 so ausgeschnitten sein, daß sie jene Teile des Bildes der Schmelzoberfläche eliminiert, die neben dem Gießstrahl gelegen sind, wogegen die Maske des Sensors D den Einfluß der Strahloberfläche eliminieren soll, damit lediglich diejenige Strahlung das photosensible Element 19 beeinflußt, die von der Peripherie des Eingußtrichters herrührt. In einzelnen Fällen kann der Schirm direkt aus der sensiblen Oberfläche des photosensiblen Elementes bestehen.

In der Praxis werden die Sensoren mittels eines nicht gezeigten Hilfswerkzeuges eingestellt, welches eine Mattglasscheibe mit Skala und ein Okular aufweist und zum Ausrichten des Sensors anstelle des Einsatzstückes 18 und der Kapsel 21 eingesetzt wird, weil die Bildebene der Mattscheibe identisch ist mit jener des Schirmes 22, den sie ersetzt.

Gewünschtenfalls können photosensible Elemente 19 verwendet werden, deren Spektralsenbilitätskurve mehr oder weniger selektiv ist. Im Falle der Benützung von photosensiblen Widerständen weiß man, daß solche Elemente auf das sichtbare Licht und auch auf Infrarotstrahlung ansprechen. Solche Photowiderstände eignen sich also besonders gut für das Detektieren der Strahlung, die von geschmolzenem Metall wie z. B. einer Eisenlegierung ausgeht, wobei die Temperatur etwa 1300 bis 1700° C beträgt.

Die beschriebenen Sensoren liefern ein Signal des Analog-Typs. Falls es sich um einen Photowiderstand handelt, ist der die Leiter 20 durchfließende Strom ein Maß für die Größe der Oberfläche von geschmolzenem Metall, die vom Sensor abgetastet wird. Man könnte aber anstatt dessen Sensoren vorsehen, die eine stärker vergrößernde Optik besitzen und auf den Schirm eine Matrix von Zellen plazieren, die eine Bestimmung der strahlenden Oberfläche ermöglichen wurden durch die numerische Messung ihrer Erstrekkung oder durch die Detektierung der Lage der freien Oberfläche des Metalls gegenüber der Wandung des Eingußtrichters unter Verwendung von Kreisen zur logischen Analyse des kombinatorischen Typs oder mit sequentieller Exploration.

Der gleiche Effekt könnte auch erreicht werden durch Verwendung einer Gruppe von elementaren Sensoren, von denen jeder einzelne ein besondere; Niveau oder eine besondtrc Breite des Strahles detektieren würde.

Es sei immerhin erwähnt, daß diese beiden zulet/t erwähnten Ausführungsarten nur eine verhältnismäßiggrobe Abschätzung der zu bestimmenden Parameter ermöglichen, falls man die Matrix auf eine vernünftige Komplexität beschränken will und ferner, daß sie sich nicht gut eignen für die (weiter unten beschriebene) Benutzung der abgeleiteten Information, weil diese diskontinuierlich ist.

Die Fig. 5 veranschaulicht den wichtigen Teil des Regelkreises 9. Dieser Regelkreis weist zwei Folgeregelschleifen auf. von denen die eine in die andere eingeschachtelt ist.

Die erste dieser Schleifen besteht aus dem Sensor D, dem Niveauregulierkreis 26 und der Bezugsgröße 27 für das Niveau, wogegen zur zweiten Schleife der Sensor C und der Durchflußregulierkreis 28 gehören. Dieser Kreis wird durch das Sollwert-Signal beeinflußt, das vom Niveauregulator 26 ausgegeben wird; sein Ausgangssignal wird im Verstärker 29 verstärkt und gelangt dann zum Motor 5. der die Stellung der Gießpfanne 1 beeinflußt.

Bevor sie in die Regulierkreise 26 oder 28 gelangen, werden die von den Sensoren C und D abgegebenen Signale in den Kompensationskreisen 30 und 31 korrigiert durch die Informationen, weiche vom Steuerkreis 32 her eintreffen, der seinerseits durch den Sensor A beeinflußt ist. Die an die Kreise 26 und 28 weitergegebenen Signale erfahren also eine geeignete Korrektur in Abhängigkeit von der effektiven Temperatur des geschmolzenen Metalis.

Der Sensor A, dessen Sichtfeld fortwährend durch einen Teil der freien Oberfläche des in der Gießpfanne enthaltenen geschmolzenen Metalls eingenommen wird, gibt ein Signal ab, dessen Intensität ein Maß für die Temperatur ist, wobei die Information selbst gewünschtenfalls memorisiert werden kann unter Berücksichtigung der Form der Pfannenschnauze und der Störungen, die darin auftreten können.

Der Sensor B erscheint nicht in der Fig. 5. Seine Rolle besteht darin, es dem Regelkreis 9 zu ermöglichen, die Lage der Gießpfanne zu steuern beim Beginn des Gießvorganges. Wenn nämlich die Gießform 10 in die richtige Bezugslage in bezug auf die Gießpfanne gebracht worden ist, so ergibt sich automatisch ein Kontakt, der den Motor 5 einschaltet, zwecks Herbeiführung eines Kippens der Gießpfanne 1. Diese Steuerverbindung wird unterbrochen in dem Moment, in welchem der Sensor B das Vorhanden-

sein von flüssigem Metall außerhalb der Pfannenschnauze feststellt, damit danach der Motor 5 in den Regelkreis eingeschaltet wird und direkt auf Befehle aus dem Kreis 28 anspricht.

Auch die Verbindung zwischen dem Lagesensor 8 und dem Regelkreis 9 ist nicht in der Fig. 5 veranschaulicht. Der Lagesensor 8 liefert eine Information über die Stellä-ng der Seiltrommel, d. h. der Gießpfanne. Diese Information wird mit der memorisierten Information überdie Lage am Ende des vorhergehenden Gießvorganges verglichen. Unter Benützung des vom Sensor Ii abgegebenen Signals kann somit die Eventualität einer Anomalie detektiert werden, beispielsweise ein gefährlicher Stau von Schlacke am Austritt der Gießschnauze; gegebenenfalls muß der Gießvorgang sogleich abgestoppt werden durch Rückkippen der Gießpfanne in die Ruhelage unter Abgabe eines Alarmsignals.

Die durch die Sensoren /-. und /· abgegebenen Signale werden nach Verstärkung benützt zur Herbeiführung des raschen Zurückkippens der Gießpfanne in ihre Ausgangslage am Ende des Vorganges (E) oder im Falle des Vorhandenseins von geschmolzenem Metall außerhalb der Gießform (F). Es versteht sich, daß ein ungewolltes Ausgießen von geschmolzenem Metall an irgendeiner Stelle, wo dies nicht gewünscht ist, sofort gestoppt und durch ein Alarmsignal mitgeteilt werden muß wegen der damit verbundenen Gefährdung von Personen und Beschädigungen von Einrichtungsteilen.

Der beispielsweise beschriebene Regelkreis ist so ausgeführt, daß er möglichst wirksam und stabil ist. Die erste Folgeregelschleife reagiert auf die Größe des vom Sensor D erfaßten Teils der freien Oberfläche des geschmolzenen Metalls im Eingußtrichter. Das von diesem Sensor abgegebene Signal hängt also von der Größe dieses Oberflächenteiles und somit vom Niveau dieser Oberfläche ab. Dieses Signal wird mit einem Bezugssignal verglichen, das ein vorgeschriebenes Niveau (Soll-Niveau) dieser Oberfläche bestimmt und das Resultat des Vergleichs ist ein Soll-Wert-Signal für die Du/chflußmenge, das an die zweite Folgeregelschleife weitergegeben wird. In dieser zweiten Folgeregelschleife 28 wird das Durchfluß-Soll-Wert-Signal mit dem vom Sensor C angegebenen Signal verglichen, also mit dem Ist-Wert-Signal, welches dem Durchfluß im Gießstrahl entspricht. Das sich aus diesem Vergleich ergebende Signal wird nach Verstärkung in 29 an den Motor 5 weitergegeben. Man erhält so eine Vorrichtung, die sehr rasch reagiert und die Regelungsstabilität gewährleistet. Beim Eingießen in Gießformen, welche keine HilfsÖffnungen 12 besitzen, kann außerdem, falls infolge der raschen Auffüllung der Gießform das Niveau im Eingußtrichter 11 oder 11' plötzlich um einen gewissen Betrag den Soll-Wert ülijrschreitet, das vom Sensor U abgegebene Signal benützt werden zur raschen Zurückführung der Gießpfanne in ihre Ausgangsstellung.

Falls erforderlich, können andere Regelkreise zur Anwendung gelangen. Beispielsweise kann es genügen, die Durchflußmenge im Gießs' I zu detektieren und dann den Gießpfannenkippn.wtor zur Funktion dieser alleinigen Ausführung zu steuern, wogegen es in anderen Fällen, in denen die Einhaltung eines konstanten Niveaus der Metallschmelze im Eingußtrichter vordringlich wichtig ist, aber Unregelmäßigkeiten indem Abfluß der Schmelze nicht zu befürchten sind, us genügen mag, nur den Sensor I) vorzusehen, der den Sensor C hingegeben wegzulassen.

Des weiteren ist der Regelkreis auch so konzipiert, daß nicht nur der Momentanwert der durch die Sensoren abgegebenen Signale verwertbar ist, sondern auch das Ausmaß der zeitlichen Veränderung der Werte, wobei ihre Summierung memorisiert wenden kann zwecks Verwirklichung einer Regelung des PID-Typs (Proportional Integral Differential). Eine solche Funktionsweise wird natürlich erleichtert durch die Benützung von Sensoren mit Ausgangswert des Analog-Typs.

Die beschriebene Vorrichtung kann auch Anwendung finden bei einer Gießpfanne mit durch einen Stopfen verstellbarer Austrittsöffnung, in diesem Fall steuert natürlich der Motor die Größe der Austrittsöffnung durch Betätigung des Stopfens.

Zum Schließ seien hier einige der wichtigsten Vorteile der beschriebenen Anordnung angeführt:

- Die optischen Sensoren ermöglichen eine kontinuierliche Messung der Gieß-Parameter, wobei sie Informationen vornehmlich des Analog-Typs liefern, die verwertbar sind, sowohl hinsichtlich ihrer momentanten Größe als auch hinsichtlich ihrer zeitlichen Änderung dank der sehr geringen Zeitkonstante, die den angewendeten optischen-elektronischen Elementen eigen ist.

- Die hohe Fokalisierung der Optiken, die das Bild der beobachteten Zone werfen, ermöglicht es, die Sensoren in angemessen großem Abstand von den kritischen Zonen anzuordnen, etwa der Pfannenschnauze, der Gießpfanne und des Eingußtrichters der Gießform, wodurch Unterhaltsarbeiten an der Gießpfanne, die leicht zugänglich bleibt, erleichtert werden. Dank dieses großen Abstands ist es auch leicht, Beschädigungen an den Sensoren zu vermeiden, die sonst auftreten

ι könnten infolge von Spritzern geschmolzenen

Metalls und von austretenden, sehr heißen Gasen.

- Die verwendeten Sensoren sind vollständig statische Bauteile und sind, weil sie keine beweglichen Teile aufweisen, keinem Verschleiß unter-

; worfen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Regelung zum automatischen Abgießen von Gießformen im Fallgießen aus einer steuerbaren Pfanne, mit an einem von der Gießform entfernten Ort angebrachten Photosensoren zum Aufangen der Licht- oder Infrarotstrahlung, die von einem mit seiner Pegelhöhe veränderlichen freien Oberflächenabschnitt des in der Gießform vorhandenen flüssigen Metalls ausgesandt wird, und mit einem Regelkreis, der von den Photosensoren erzeugte, der Intensität der genannten Strahlung entsprechende Meßsignale kontinuierlich verarbeitet, ein Steuersignal bildet, das auf eine den Ablaß aus der Gießpfanne verändernde Steuereinrichtungeinwirkt, und die Durchflußmenge des Gießstrahls während des Gießens derart verändert, daß die genannte Pegelhöhe auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgießen von mit einem Eingußtümpel ausgerüsteten verfahrbaren Gießformen für Formguß, die nacheinanderfolgend unter den Gießstrahl verfahren werden, die Photosensoren mindestens zwei Sensoren umfassen, von denen der eine Sensor die direkte Strahlung aus der freien Oberfläche des Metalls im Eingußtümpel und der zweite Sensor die Strahlung aus einem Gießstrahlabschnitt vorbestimmter Länge auffängt, wobei der die Strahlung aussendende OberHächenabschnitt im Eingußtümpel mit seiner Pegelhöhe veränderlich ist, und der Regelkreis die Meßsignale aus beiden Sensoren zur Bildung des Steuersignals verarbeitet.

2. Regelung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale durch den Regelkreis zur Bildung ihrer Zeitableitungen verarbeitet und die erhaltenen Zeitableitungswerte ebenfalls zur Bildung des Steuersignals benützt werden.

3. Regelung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale aus der Strahlung des Oberflächenabschnittes im Eingußtümpel ferner der Steuereinrichtung zur Unterbrechung des Gießens zugeführt werden, wobei diese Unterbrechung beim Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes durch die Pegelhöhe bewirkt wird.

4. Regelung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stellwertbefehle an die Steuereinrichtung der Gießpfanne jeweils beim Erreichen einer vorbestimmten Bezugslage zwischen einer leeren verfahrbaren Gießform und die Gießpfanne gesandt werden, wobei die Gießpfanne dann bei abgeschaltetem Regelkreis derart verstellt wird, daß der Gießstrahl eingeleitet wird, und der Regelkreis im Augenblick der Einleitung des Gießstrahls eingeschaltet wird.

5. Regelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abgießen aus einer kippbaren Gießpfanne die Einschaltung des Regelkreises jeweils durch mittels eines weiteren Sensors erfolgter Wahrnehmung der Abwesenheit von Licht oder infrarotstrahlendem Metall in der Mulde der Gießpfanne bewirkt wird.

6. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photosensoren nsbst einer ersten Folgeregelschleife, die durch das vom er-

sten Sensor abgegebene Signal pilotiert ist und ein Sollwertsignal liefert, eine zweite Folgeregelschleife aufweisen, die in der ersten Folgeregelschleife eingeschachtelt ist, durch das von dieser gelieferte Sollwertsignal pilotiert ist und auf die Steuereinrichtung einwirkt zum Angleichen des vom zweiten Sensors abgegebenen Signals an das von der ersten Folgeregelschleife gelieferte Sollwertsignal.

7. Regelung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen lichtempfindlichen Kompensationssensor, der eingerichtet ist zur Aufnahme derjenigen Strahlung, die durch einen Oberflächenabschnitt konstanten Flächeninhalts des geschmolzenen Metalls abgegeben wird, und zur Abgabe eines Kompensationssignals, das von der Temperatur dieses Metalls abhängig ist, wobei dieser Sensor in einem Steuerstromkreis eingesetzt ist, der die von den vorgenannten SensQren abgegebenen Signale korrigiert.

S. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor bzw. jeder derselben nebst einem optischen System, das auf einem Schirm ein reelles Bild seines Sichtfeldes wirft, eine Maske, die auf dem Schirm einen Abschnitt des Bildes begrenzt, und mindestens ein lichtempfindliches Elevnent aufweist, welches das durch den besagten Schirmabschnitt übertragene Licht aufnimmt und das Signal abgibt, wobei der Schirm aus der empfindlichen Schicht des Photoelements bestehen kann.

9. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor bzw. jeder derselben ein optisches System, das auf einem lichtstreuenden Schirm ein reelles Bild seines Lichtfeldes wirft, eine Maske, die auf dem Schirm einen Abschnitt des Bildes begrenzt, und mindestens eir. vom Schirm entfernt gelegenes lichtempfindliches Element, das das durch den besagten Schirmabschnitt zerstreute Licht aufnimmt und das Signal abgibt, aufweist.

10. Regelung nach Anspruch !,gekennzeichnet durch Sensoren, die die Lage von zu der Steuereinrichtung gehörenden Organen ermitteln, und über den Regelkreis auf die Steuereinrichtung einwirken, um das Gießen zu unterbrechen, wenn die Lage deY genannten Organe zwischen zwei Gießvorgängen in einer gleichen Serie abnormale Änderungen erfährt.