DE2719033A1

DE2719033A1 - Verfahren und vorrichtung zum einfuehren eines zusatzmaterials in geschmolzenes metall mit einer variablen rate

Info

Publication number: DE2719033A1
Application number: DE19772719033
Authority: DE
Inventors: Bruce Thornton Blatzer; John Rudolph Neiman
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1977-04-28
Publication date: 1977-12-15
Also published as: FR2352615A2; CA1086961A; JPS52146727A; SE7706165A; IT1114786B; FR2352615B2

Description

CATERPILLARTRACTORCO., Peoria, 111. 61629, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Einführen eines Zusatzmaterials in geschmolzenes Metall mit einer variablen Rate

Beim Drahtzuführungsverfahren zum Zwecke der Hinzufügung von Behandlungsagenzien zu geschmolzenem Metall, welches in einen Gießformhohlraum eingegossen wird, um so die MikroStruktur des erstarrten Gußstückes zu steuern, wird bislang die durchschnittliche Gießrate oder Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls bestimmt und sodann das Behandlungsagens in Drahtform mit einer vorgewählten konstanten Zuführungsrate oder -geschwindigkeit in das geschmolzene Metall eingeführt, welches durch den nach unten gerichteten Gießkanal fließt. Die durchschnittliche Gießgeschwindigkeit wurde dadurch berechnet, daß man die Zeitdauer bestimmte, die erforderlich ist, um das geschmolzene Metall in ein spezielles Gußstück zu gießen, worauf man dann das fertige Gußstück wog.

Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß sich hier die Geschwindigkeit,mit der das flüssige geschmolzene Metall in einige Gußformhohlräume fließt, ändern kann, wenn sich die Hohlräume füllen, und zwar infolge von Änderungen der Drucksäule, des Formatmosphärendrucks, des Strömungsmittelflußverhaltens und der Temperatur des geschmolzenen Metalls. Beim

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Drahtzuführungsverfahren zum Zwecke der Hinzufügung von Behandlungsagenzien zu dem geschmolzenen Metall, welches in diese Hohlräume .(^gössen wird, kann es passieren, daß das Behandlungsagens nicht gleichförmig über den gesamten Gießvorgang hinweg zugeführt wird, da die Drahtzuführungsgeschwindigkeit konstant ist und die Gießgeschwindigkeit für das geschmolzene Metall sich über den Gußvorgang hinweg verändert.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Einführung eines Zusatzmaterial oder Additivs in ein geschmolzenes Metall vorzusehen, und zwar mit einer veränderbaren Geschwindigkeit derart, daß das Additivmaterial im wesentlichen gleichförmig durch das geschmolzene Metall hindurch verteilt wird, und zwar unabhängig von Veränderungen der Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein derartiges Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Einführung eines Additivmaterials in ein geschmolzenes Metall mit einer veränderbaren Geschwindigkeit vorzusehen, wobei das Additivmaterial in Drahtform in das geschmolzene Metall eingegeben wird, und zwar mit einer veränderbaren Geschwindigkeit, die durch die augenblickliche Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls über den ganzen Gießvorgang hinweg bestimmt ist.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung, die bei einem Verfahren zur Einführung eines Additivmaterials in ein yuschmolzenes Metall verwendet wird, und zwar mit einer veränderbaren Geschwindigkeit, wobei die Figur die erfindungsgemäßen Prinzipien veranschaulicht.

Es sei nunmehr ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf die Veränderung der Geschwindigkeit, mit der der Draht aus Additivmaterial in da.s geschmolzene Metall eingegeben wird, und zwar entsprechend Änderungen der augenblicklichen Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls. Der Ausdruck "Gießgeschwindigkeit" bezeichnet hier die Geschwindigkeit, mit der das geschmol-

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zene Metall durch den nach unten gerichteten Kanal der Gießform fließt. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte: Zuführung des Additivmaterials in Drahtform in das geschmolzene Metall im nach unten gerichteten Kanal anfänglich mit einer vorgewählten Zuführungsgeschwindigkeit; Bestimmung der augenblicklichen Gießg< .chwindigkeit des geschmolzenen Metalls kontinuierlich über den Gießvorgang hinweg; und automatische Veränderung der Zuführungsgeschwindigkeit des Drahtes in direkter Beziehung mit Änderungen der Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls.

Eine Vorrichtung zur Erreichung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist schematisch in der Zeichnung dargestellt, wobei diese Vorrichtung eine im ganzen mit 11 bezeichnete Gießform aufweist, die an ihrer Oberseite einen Eingußtrichter oder ein Gießbassin 12 besitzt. Die Gießform ist derart angeordnet, daß sie einen Strom aus geschmolzenem Metall 13 im Eingußtrichter von einer Pfanne 14 aus aufnimmt. Das geschmolzene Metall fließt vom Eingußtrichter aus durch einen nach unten gerichteten Kanal 16, eine Rinne 17 und in einen Gießhohlraum 18, der in diesem Fall für eine Zylinderauskleidung eines Dieselmotors geeignet ist. Typischerweise sind mehrere einzelne Gießhohlräume in der Gießform vorgesehen, wobei die Gießhohlräume alle mit der Rinne verbunden sind. Aus Gründen der zeichnerischen Einfachheit ist jedoch nur ein einziger Hohlraum dargestellt.

Eine Drahtzuführungsvorrichtung ist schematisch bei 19 dargestellt und führt Additivmaterial in der R>rm eines Drahtes 21 von einer Spule 22 aus zu, und zwar nach unten in den Kanal 16 und in das durch diesen Kanal 16 fließende geschmolzene Metall hinein. Die Drahtzuführungsvorrichtung umfaßt ein Paar von Rollen 23, von denen mindestens eine durch einen eine veränderbare Drehzahl aufweisenden Antriebsmotor 24 angetrieben ist. Eine Zuführungsgeschwindigkeitssteuerung 26 ist betriebsmässig am Antriebsmotor angeordnet, um die Drehzahl des Antriebsmotors und somit die Geschwindigkeit zu steuern, mit welcher der Draht in das geschmolzene Metall eingegeben wird.

Die Gießform 11 wird von einer elektronischen Wiegeplattform 27 getragen, die obere bzw. untere Platten 28 bzw. 29 aufweist,

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wobei diese Platten durch eine Vielzahl von Lastzellen getrennt sind, von denen zwei bei 31 dargestellt sind. Jede Lastzelle umfaßt typischerweise nicht gezeigte empfindliche elektrische Dehnungs- oder Spannungsmesser, in denen sich der elektrische Widerstand mit der Dehnung ändert. Die Dehnung wird in diesem Fall durch das Gewicht der Gießform und das da hineingegossene geschmolzene Metall erzeugt. Ein Paar von Signalleitungen 32 und 33 verbindet jede der Lastzellen mit einem Summierverstärker 34, der seinerseits ein verstärktes Ausgangssignal über eine Verbindungssignalleitung 36 mit einem Computer 37 verbindet. Eine Ausgangsleitung 38 verbindet den Computer mit der Zuführungsgeschwindigkeitssteuerung 26 der Drahtzuführungsvorrichtung 19. Der Computer kann von irgendeiner geeigneten Bauart sein, die in der Lage ist, ein elektronisches Eingangssignal zu empfangen und dieses in ein Ausgangssignal umzuwandeln, und zwar entsprechend einer zuvor in den Computer eingegebenen Codierung oder eines Programms. Obwohl dies für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist, so kann ein solcher Computer typischerweise andere Eingangsleiter, von denen zwei bei 39 und 41 gezeigt sind, aufweisen, um Signale von anderen - nicht gezeigten - Sensoren zu empfangen, um in den Computer andere Variable einzugeben, wie beispielsweise die Temperatur und die chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls in der Pfanne.

Arbeitsweise der Erfindung. Der Gießablauf wird dadurch begonnen, daß man die Pfanne 14 kippt, um flüssiges geschmolzenes Metall in den Eingußtrichter 12 zu gießen, und zwar anfangs mit einer Geschwindigkeit zum schnellen Füllen des Kanals 16 und des Eingußtrichters, und sodann mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um das geschmolzene Metall auf einem vorbestimmten Niveau im Eingußtrichter zu halten. Das Verfahren zur Einführung eines Additivmaterials in das geschmolzene Metall mit einer veränderbaren Geschwindigkeit umfaßt den Schritt der Zuführung des Additivmaterials in Drahtform in das geschmolzene Metall in dem Kanal anfänglich mit einer vorgewählten Zuführungsgeschwindigkeit. Dieser Schritt wird durch ein fotoelektrisches Auge oder eine andere nicht gezeigte Fühlvorrichtung eingeleitet,

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welche das Vorhandensein von geschmolzenem Metall im Eingußtrichter abfühlt und den eine veränderbare Drehzahl besitzenden Antriebsmotor 24 der Drahtzuführungsvorrichtung 19 betätigt, um den Draht 21 in das geschmolzene Metall zuzuführen, welches durch den nach unten gerichteten Kanal fließt. Die anfängliche Zuführungsgeschwindigkeit kann von Hand oder durch den Computer 37 voreingestellt werden, und zwar basierend darauf, was man als anfängliche Gießgeschwindigkeit berechnet.

Der nächste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Bestimmung der augenblicklichen Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls, und zwar kontinuierlich über den ganzen Gießvorgang hinweg. Zur Bestimmung der Gießgeschwindigkeit wird die Gießform auf der Wiegeplattform 27 angeordnet, so daß ein Ausgangssignal von den Lastzellen 31 der Wiegeplattform zum Summierverstärker 34 übertragen wird, welcher seinerseits ein verstärktes Signal an den Computer 37 liefert, der so programmiert ist, daß er automatisch das Taragewicht zu diesem Zeitpunkt bestimmt. Wenn das Gewicht der Gießform infolge des hineingegossenen geschmolzenen Metalls ansteigt, so wird dieser Gewichtsanstieg kontinuierlich durch den Computer überwacht. Der Computer nimmt diskrete Messungen des Gewichts zu vorbestimmten zeitgesteuerten Intervallen vor und berechnet die augenblickliche Gießgeschwindigkeit aus der Gewichtsdifferenz zwischen jedem aufeinanderfolgenden Intervall. Somit umfaßt der Schritt zur Bestimmung der augenblicklichen Gießgeschwindigkeit die Schritte des Wiegens der Gießform vor dem Eingießen des geschmolzenen Metalls in die Gießform und darauf das kontinuierliche Wiegen über den Gießvorgang hinweg und das Vergleichen der inkrementalen Gewichtsänderungen in eine augenblickliche Gießgeschwindigkeit. Der Wiegeschritt umfaßt die Anordnung der Gießform auf der Wiegeplattform, die Verstärkung des Ausgangssignals von der Wiegeplattform mit dem Summierverstärker und die Übertragung des verstärkten Ausgangssignals zum Computer.

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Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt auch den Schritt dos automatischen Veränderns der Zuführungsgeschwindigkeit des Drahtes in direkter Beziehung mit den Änderungen der Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls. Dies wird dadurch erreicht, daß man den Computer derart programmiert, daß er ein Ausgangssignal liefert, welches der dadurch berechneten Gießgeschwindigkeit entspricht, wobei das Ausgangssignal zur Zuführungsgeschwindigkeitssteuerung 26, die betriebsmäßig an dem eine veränderbare Drehzahl aufweisenden Antriebsmotor 24 der Drahtzuführungsvorrichtung 19 befestigt ist, überträgt, um die Drehzahl (Zuführung) des eine veränderbare Drehzahl aufweisenden Antriebsmotors in direkter Beziehung zu Veränderungen in der Gießgeschwindigkeit zu verändern.

In der Praxis hat sich als ein Beispiel herausgestellt, daß bei der in der Zeichnung gezeigten Gießform die Gießgeschwindigkeit abnimmt, wenn sich der Gießraum mit geschmolzenem Metall anfüllt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren leitet somit der Computer bei abnehmender Gießgeschwindigkeit ein Signal an die Zuführungsgeschwindigkeitssteuerung, um die Drehzahl (Zuführung) vom eine veränderbare Drehzahl aufweisenden Antriebsmotor zu vermindern und somit die Zuführgeschwindigkeit des Drahtes zu reduzieren. Dadurch wird das Additivmaterial dem geschmolzenen Metall gleichförmig hinzugefügt, und zwar unabhängig von Änderungen der Giesgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls.

Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert somit die Zuführung eines Additivmaterials in ein geschmolzenes Metall mit einer veränderbaren Geschwindigkeit abhängig von der Gießgeschwindigkeit derart, daß das Additivmaterial gleichförmig über den Gießvorgang hinweg zugefügt wird, und zwar unabhängig von Änderungen der Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls. Dies wird durch kontinierliches Wiegen der Gußform mittels einer elektronischen Wiegevorrichtung erreicht, wobei das Ausgangssignal in einen Computer eingespeist wird, der die augenblick-

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liehe Gießgeschwindigkeit aus den inkrementalen Gewichtsänderungen berechnet und ein entsprechendes Signal in die Drahtzu- »führungsvorrichtung eingibt, um die Zuführungsgeschwindigkeit des Drahtes entsprechend einzustellen.

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Claims

Ansprüche

1 ."* Verfahren insbesondere nach der deutschen Patentanmeldung P 25 28 913.8 zum Einführen eines Zusatzmaterials in ein geschmolzenes Metall, welches durch einen Kanal (16) einer Gießform eingegossen wird, und wobei das Zusatzmaterial in der Form eines Drahtes in das geschmolzene Metall im Kanal anfänglich mit einer vorgewählten Zuführungsgeschwindigkeit eingegeben wird, gekennzeichnet durch die Bestimmung der augenblicklichen Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls kontinuierlich während des Gießvorgangs und automatische Veränderung der Zuführungsgeschwindigkeit des Drahtes in direkter Beziehung mit Änderungen der Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung der augenblicklichen Gießgeschwindigkeit die Schritte des Wiegens der Gießform vor dem Eingießen des geschmolzenen Metalls und darauf kontinuierlich während des Gießvorgangs umfaßt, sowie das Vergleichen inkrementaler Gewichtsänderungen wahrend des Gießvorgangs mit einem programmierbaren Computer (37) und Umwandlung der inkrementalen Gewichtsänderungen in eine augenblickliche Gießgeschwindigkeit.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Wiegens der Gießform folgende Schritte umfaßt: Anordnung der Gießform auf elektronischen Lastzellenmitteln (31), Verstärkung des Ausgangssignals von den Lastzellenmitteln mittels eines Verstärkers (34) und Übertragung des verstärkten Ausgangssignals zum Computer.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der automatischen Veränderung der Zuführungsgeschwindigkeit die folgenden Schritte umfaßt: Programmierung des Computers zu Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend der Gießgeschwindigkeit, Übertragung des Ausgangssignals vom Computer zu einem eine veränderbare Drehzahl besitzenden Antriebsmotor der Drahtzuführungsvorrichtung und Veränderung der Drehzahl des eine veränderbare Drehzahl aufweisenden Antriebsmotors in direkter Beziehung mit Veränderungen der Gießgeschwindigkeit.

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ORIGINAL INSPECTED
5. Vorrichtung zur Einführung eines AdditivmateriaLs in ein geschmolzenes Metall mit einer Drahtzuführungsvorrichtung zur Zuführung des Additivmaterials in Drahtform in einen Strom aus geschmolzenem Metall, der durch einen nach unten gerichteten Kanal einer Gießform und in einen Gießhohlraum fließt, wobei ein Motor mit veränderbarer Drehzahl vorgesehen ist, um die Geschwindigkeit zu verändern, mit der der Draht in das geschmolzene Metall eingegeben wird, und wobei mit diesem Motor zur Steuerung von dessen Drehzahl eine Drehzahlsteuervorrichtung betriebsmäßig verbunden ist, gekennzeichnet durch Mittel (31, 34, 37) zur Bestimmung der augenblicklichen Gießgeschwindigkeit des durch den Kanal fließenden geschmolzenen Metalls kontinuierlich über den Gießvorgang hinweg und zur Umwandlung der augenblicklichen Gießgeschwindigkeit in ein Ausgangssignal, welches zu der Geschwindigkeitssteuervorrichtung übertragen wird, um die Geschwindigkeit des eine veränderbare Drehzahl besitzenden Motors zu verändern, und um demgemäß die Zuführungsgeschwindigkeit des Drahtes in direkter Beziehung mit Änderungen der Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls zu bewirken.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel Mittel (31) zum elektronischen Wiegen der Gießform anfangs vor dem Eingießen des geschmolzenen Metalls und danach zum kontinuierlichen Wiegen während des Gießvorgangs aufweisen derart, daß ein Signal erzeugt wird, welches der Gewichtserhöhung, hervorgerufen durch die Hinzufügung geschmolzenen Metalls in die Gießform, entspricht, und wobei ein Computer (37) betriebsmäßig mit den Wiegemitteln verbunden ist, um ein Ausgangssignal zu empfangen und wobei der Computer (37) mit dem Motor mit veränderbarer Drehzahl der Drahtzuführungsvorrichtung verbunden ist, und wobei schließlich der Computer die augenblickliche Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls durch Vergleich der inkrementalen Gewichtsänderungen bestimmt und das Ausgangssignal an den Antriebsmotor mit veränderbarer Drehzahl liefert.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wiegemittel elektronische Lastzellenmittel (31) umfassen, und daß ein Verstärker (34) zwischen den Lastzellenmitteln und dem Computer liegt, um ein Ausgangssignal von den Lastzellenmitteln zu verstärken und das verstärkte Signal an den Computer zu liefern.

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