DE2729355A1 - Verfahren sowie ueberwachungs- und regelvorrichtung zur herstellung einer mischung - Google Patents

Verfahren sowie ueberwachungs- und regelvorrichtung zur herstellung einer mischung

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DE2729355A1 DE19772729355 DE2729355A DE2729355A1 DE 2729355 A1 DE2729355 A1 DE 2729355A1 DE 19772729355 DE19772729355 DE 19772729355 DE 2729355 A DE2729355 A DE 2729355A DE 2729355 A1 DE2729355 A1 DE 2729355A1
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Description

P-MAG-13/DT
Patentanwälte Dipl. Ing. Hans-Jürgen Müller Dr. rer. nat Thomas Berendt
Dr.-Ing. Hans Leyh
lucile-Grohn-Stroße 38 D 8 München 80
PATENTAMELDUNG
Verfahren sowie Uberwachungs- und Regelvorrichtung zur Herstellung einer Mischung "
FONDERIES MAGOTTEAUX S.A.
4601 VAUX-SOUS-CHEVREMONT / Belgien
70988171143
- Y-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Ueberwachungs- und Regelvorri jitung zur Erzeilung einer bestimmten, definierten Qualität eir.er liaterialmischung, welcher Flüssigkeit und mindestens ei:: Additiv zum Hervorrufen eines Aufquellens des Liaterialgemen,:;eo während des Mischvorgangs zugesetzt werden. Sie betrifft i.iöbesondere ein Ueberwachungs- und Regelverfahren zur Herstellung von Giessereisandmischungen sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.
Gegenwärtig wer!en ineist verschiedene Mischungen von Sand und feuerfestem Material zur Herstellung von Sandformen für das Giessen von Metallteilen verwendet. Um eine gleichmässige Qualität der Gussteile zu gewährleisten, dürfen bestimmte chemische und physikalische Eigenschaften dieser Sandmischungen nur innerhalb gewisser Grenzen variieren. Im allgemeinen wird das Mischen der verschiedenen Sand^.rten in Mischapparaten durchgeführt und zwar auf der Basis eines CriesaereiJandes, welchem hauptsächlich Wasser sowie andere Stoffe, wie etwa Lehm, Kohle, Cerealien usw., zugemengt werden. Die ai;.f diese Weise im I/Iischapparat erstellte Mischung muss einer bestimmten Zahl von Kriterien und Merkmalen genügen, welche von der Art der zu giessenden Teile und des dafür verwendeten Metalls abgingen und hauptsächlich auf den Wassergehalt, den Gehalt an Additiven, wie Kohle, Lehm usw., die mecha.-nische Festigkeit, die Fliessfähigkeit, die Leitfähigkeit usw. Bezug haben. Diese Kriterien und Merkmale wurden im allgemeinen empirisch ermittelt und stellen langjährige Erfahrenswerte dar. Als Beispiel kann eine Giessereisandmischung, wie sie laufend beim Stahlgiessen verwendet wird, welche ausser dem Sand aus Siliziumoxyd etwa 9% Lehm, etwa 1$ Cerealien und einen Wassergehalt von 3 bis 3,6$ aufweist und welche nach dem Mischen eine mechanische Druckfestigkeit in der Grössenordnung von 1 300 g/cm2 hat.
Als Basisbestandteil der Mischung verwendet man sehr oft, wenigstens bis zu einem bestimmten Anteil, Altsand, d.h. ein solcher, der schon zu Giesszwecken benutzt wurde und dessen genaue Eigenschaften man nicht kennt oder nicht bestimmen kann. Es
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ist jedoch vor. grot: st er· iVichtiekeit, dass zum Gi essen von Teilen gleicher Art die Sandiruo^hung inner* die gleichen Eigenschaften aufweisen .nu.o;:. 3c is-.t .icühalb johr* wichtig, die Zubereitung der Saruimisehvng ^ontrolli^ron su kijijien, damit jeder Mischposten ο die gleiche konstante ~-.r:d homogene Qualität aufweist.
Aus Wirtschaf tli:-hkeitsgründen übersteigt die in die lüschung eingehende Alt:;andmengs gewöhnlich weit diejenige von neue.η Sund. Ebenfalls ;iuu wirtschaftlichen Gründen ist die mechanisierte Herstellung der Sandformen heute weit verbreitet.
PoIgG dieser Lechanisie.rang ist jedoch, dass die an die Sandqualität gestellten Anforderungen, insbesondere in bezug auf seinen Zustand vor dem Pressen, viel grosser sind und dass die diesen Zustand und die Qualität des Sandes beeinflussenden Paktoren nur in sehr engen Grenzen variieren dürfen. Es wird deshalb immer wichtiger, drus die die Sandqualität beeinflussenden Paktoren, wie z.B. die Druckfestigkeit, die Scherfestigkeit, der "Shetter" -Index, der Verdichtungsindex, die Dichte, immer den gleichen Wert aufweisen. Eine der wichtigsten, vom Former an die Sandqualität gestellten Anforderungen besteht darin, dass jeweils eine gleiche Prerdichte mit einer gleichen Volumenreduktion beim Kompaktieren entsteht.
Zur Beurteilung eier Forms and eigenschaft en und zum Konstanthalten derselben oei der Herstellung; einer Mischung im Mischapparat vertraute r:- sn An der .Vergangenheit vor allem auf .
die Erfahrung des Bedienungs-iiannes, welcher die Strukturveränderungen des Sandes während dem Mischvorgang nach dem Augenschein oder gefühlsmässig beurteilte. Es versteht sich von selbst, dass eine solche Kontrolle zu sehr von einem aleatorischen menschlichen Urteilsvermöger abhängig ist und keinesfalls dort zur Anwendung kommen kann, v/o solche Sandmischungen in grossem Masstab hergestellt v/erden.
In der Vergangenheit sind schon verschiedenenartige Apparate zur Bestimmung der einen oder andern Formsandeigenschaften
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verwendet worden. So wcro^n der Wassergehalt und die mechanische Festigkeit periodisch :.·:: der Kischling entnora:nenen Proben im Labor kontrolliert. Es hat xj L ::h jedoch als undurchführbar erwiesen, eine solche Kontrolle v/ihrend dem Mischvorgang vorzunehmen. Es wurden deshalb Apparate entwickelt, welche eine gewisse Kontrolle während der Herstellung dec Sandger.iisches durchzufuhren gestatten. Es gibt z.B. ein als "Speedy-Bombe" bekanntes Gerät zum Bestimmen des Wassergehaltes; der sogenannte."moldability tester" dient zum Bestimmen der Sandfliessfähigkeit; mit anderen Apparaten werden auf Grund der el e.-etriechen Leitfähigkeit des Sandes Rückschlüsse auf dessen Wuj = ergeha]t gezogen.
Es git ebenfall? ein Gerät zui.i Bestimmen der Formsandplastizität durch Messen des Niveuuanstiegs der Sandmischung während deren Bearbeitung im U i -:■;:.·happarat und. entsprechende Regelung der Wasserzugabe in Punktier, des gemessenen Niveaus.
Der Hauptnachteil dieser Kontrollmittel ist in dem Umstand zu sehen, dass sie alle rncr.r oder weniger auf den Wassergehalt der Mischung fussen und de:, anderen, qualitätsbestimmenden Faktoren der Mischung nicht genügend Rechnung tragen. Des weiteren ist ihre Durchführung recht langwierig und verzögert damit die Mxschprozedur. Die Genauigkeit der mit diener. Apparaten erhaltener Messresultate genügen im allgemeiner: nuc'n heute nicht mehr zur Gewährleistung der an die Sandmischur.Fc-n gestellten Anforderungen. Dies gilt ganz besonders für die Sar.cL'.rijchungcn von auf das Giessen von Sonderlegierungen spezialisierten Giessereien.
Es wird deshalb ein Verfahren vorgeschlagen, welches eine direkte und permanente Kontrolle der spezifischen Qualität einer Mischung, insbesondere einer Giessandmischung durchzuführen gestattet, sodass während dem .Herstellen der Mischung .auf bestimmte Charakteristika derselben hingearbeitet werden kann und damit immer eine gleiche homogene und konstante Beschaffenheit erzielt wird, und zwar unabhär.gig von Variationen bei den Ausgangsstoffen und äusseren Einflüsser., wie z.B. die Umgebungstemperatur.
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• β' -
Da.". Verfahren i' --;-t auf cer an sie ι bekannten Erscheinung, dass bei der Herstellung einer Wi schung, wjlche fermentierbare: Anteile oder andere, o'r:; Quellung hervorrufende Additive sowie eine bestimmte Flüssig* ai tarnende aufweist, eine Volumenzur.ahme des Mischgutes während den Mischvorgang festgestellt werden kann. Es konnte nun ebenfalls festgestellt werden, dass sowohl der absolute Wert als auch die Geschwindigkeit der Volumenzu/oder Abnahme einer solchen Mischung in direkter Beziehung zu ihrer spezifischen und angestrebten Beschaffenheit stehen, welche letztere sowohl von der Menge als auch von der Art der während des Mischprozesses zugegebenen Additive und Flüssigkeiten abhängt.
Demzufolge besteht das Vorfahren darin, während dem Mischvorgang permanent die Yoluiienänderur.g des Mischgutes sowie die Geschwindigkeit dieser VolumenMnderungen zu messen und in Abhängigkeit dieser M et: son ge η und vorgegebener Daten die Zugabe der Flüssigkeit und der Additive zum Mischgut sowohl in bezug auf Menge als auch auf Art zu regeln.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Zusammenhänge zwischen den die Mischgutqualität bestimmenden Faktoren und den Additive:., sowie zwischen diesen Faktoren und der Flüssigkeit gespeichert, Zusammenhänge, welche vorhergehend empirisch und rechnerisch erstellt wurden; die Regulierung der Zugabe von Flüssigkeit und Additiven während des Mischprozesses geschieht dann durch Vergleich der während dieses Mischprozesses gemessenen mit den gespeicherten Werten; der Vergleich dieser Daten und ihre Ausnützung zu Regelzwecken kann nach einer logistischen Progranurierung erfolgen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden mit bezug auf die beiliegende Zeichnung, welche in schematischer Weise einen Schnitt durch einen häufig zur Herstellung von Formsandmischungen verwendeten Mischapparat zeigt, näher beschrieben.
Der dargestellte Mischapparat 1 begreift einen Trog 2 und
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einen Deckel I. Ein .mi-: ^d.or Drehzaal arbeitender. Wirbelarm 5 sovvie ein mit Flügeln ν·/]·.. Ά: endor Tanz^rarm 4 drehen im Waschapparat um ihre Achse und l;ev. i ι·!· er. damit die Durchmischung des sich im
Trog 2 befindlichen :.: Ί ,;r uruto j. Da.3 Mischgut wird de::1. V.isch apparat 1 durch eine dun ΪΛ i.>.cl 3 dül3 Miachers durchstossende Leitung 6 zugeführt. Selb-tverstäitülieh kann diese I.laterialeinspeisung ebenfalls auf eine andere Weise vorgenommen werden, wie z.B. durch eine im Deckel .1 l ca Apparates 1 vorgesehene Oeffnung.
Die Zufuhr der zum Mischen und Erzeugen einer teigigen
Struktur des Mischgutes notwendige Flüssigkeit, insbesondere
Wasser, geschieht durcl·. die Leitung 7·
Die Arbeitsweise dieser I.lisohapparatur wird nun anhand
einer Formsandmischung bc-schricben, welche nuch dor Zusammenstellung und Durchmiscv.urig folgende Beschaffenheit aufweisen
soll:
Druckfestigkeit: I 400 g/cm2
Wa s s e rg e h al t: .1;..
Ben fconi tantcil : :'fo
Kohleanteil: 1, l'y)l
Zur Zucerei tuiig dieser Iviiccliung dient hauptsächlich gebraucliter Altforms^jid, '.lessen genaue Zusammensetzung nicht bekamit ist. Dieser Altsand wird auf reproduzierbare Weise gewogen oder volumetrisch dosi .. rt und dem Mischapparat 1 bis zu einem
bestimmtet, Füllstand, iviρ ζ. B. bis zu dem in der Figur mit a bezeichneten, zugeführt. Aiischliessend werden, die Additive und das Wasser in den der Endzj.>;nunensetzung des Gemisches in etwa entsprechenden. Anteilen zugesetzt. Hierauf wird der Apparat während
3 bis 4 Minuten etwa laufengelassen. Im Ausführungsbeispiel nach der Figur entsteht die Durchmischung durch die Rotation der Arme
4 und 5. Es gibt allerdings auch Mischapparate, bei welchen diese Arme stationär sind und der Trog 2 drehbar.
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Während dem Miscr.prozess quillt das Mischgut, vergrössert also sein Volumen. Dun ;:v.iolge steigt der Füllstand im Trog 2 progressiv mit einer '.-r ■-. tirmnten Geschwindigkeit an. Da die Bodenhühe des Trogs 2 kci.jxant und bekannt ist, ist diese Füllstandsveränderung ei ti direkt.;:·.: Eajy für die Volumenänderung des Mischgutes. Andererseits stc.t natürlich die Dichte eines quellbaren Materials in direktem i;u:;a:amenhang mit seinem Volumen. Nun ist schon ein Kontrolltest für die spezifische Qualität eines Formsandgemisches bekannt, /.'elcher in der Messung des Schüttgewichtes der zubereiteten Sanduiisoilung besteht. Dieser Test hat die Besonderheit, alle wichtigen Kriterien, wie die Temperatur des Sandgemisches, de;::;;en Wassergehalt und Gehalt an feinen Artikeln, sowie den Jen"3onitg;ihalt in Uvren Auswirkungen aufzuzeigen. Dieser Test liefert clcohj'o eine gate Synthese der. wichtigen. Eigenschaften eines For:;;sanies; a.iigc :ehrt erlaubt er, indem von gegebenen odei verlangter. Eirenschaf ten ausgegangen wird, eine direkte Beziehung zwischen dar Geschwindigkeit und dem Quellgrad, oder der Geschwindigkeit ui:d dem AuEfiKis.; der Volun:enzunahme einerseits, und der verlangten Qualität einer spezifischen Forms:indmischung andererseits herzustellen. Damit wird das Ausinass der Volumenzunahme zu einem direkten ?lass für das ochüttgewicht, welches seinerseits ein direkter Hinweis auf die Qualität und Homorgenität der zubereiteten Sandinischung ist.
Bei der weiter oben angegebenen Mischung konnte festgestellt werden, dass die fertig? Sandmischung unbedingt zur Weiterverarbeitung in der Formmaschine geeignet ist, wenn sie den Mischapparat mit einem Schüttgewicht zwischen 0,75 und 0,85 verlässt.
Von den vorstehend entwickelten Ueberlegungen ausgehend ist der Mischapparat mit einer Füllstandsmessvorrichtung 8 ausgestattet.
Diese Vorrichtung kann z.B. aus einer Sonde auf mechanischer oder elektrischer Basis bestehen, oder auch als Strahlungssonde ausgeführt sein. Als mechanische Sonden sind z.B. Stangen, Taster, Schwimmer usw. bekannt. Als elektrische und elektronische Sonden kennt man Kontaktsonden, kapazitive Sonden usw. Von den Strahlungssonden seien Sonden auf der Basis von Ueberschall, elektromagnetischt
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oder Lieh tv/eil en Rüntc;.i.strahl en, Infrarotstrahlen, Isotosstrahlungen usw. genannt.
Ir.; gezeigten Am.·.;'ührurgiübeispiel geschieht die Zugabe von Flüssigkeit ur.d/oder Aauitiven kontinuierlich oder diskontinuierlieh und kontrolliert vvLi.hrend des Ablaufens des Mischprozesses, und zwar bis das Mischgut dem in der Figur mit b bezeichneten Füll ο t and erreicht hat. Sobald dieser Füllstand erreicht ist, entsprechen -las Volume-η und das Schüttgewicht den anvisierten Werten, worauf die Sor.ie 8 nach einer bestimmten Kontrollzeit ein Signal an ein elektrisches Steuergerät 9 gibt, welches seinerseits über eine schematisch dargestellte Steuerleitung X ein in der Flüssigkeitszufuhrleitung 7 vorgesehenes Motorventil 10 betätigt und ggf. durch eine schematisch dargestellte Steuerleitung Y eine (nicht dargestellte) Regelvorrichtung ^ur Einspeisung der Additive; das oder die Signale bewirken ein sofortiges Einstellen der Flüssigkeits- und/oder Aditivzufuhr, oder aber, je nach der Differenz zwischen dem Füllstand b und den tatsächlichen Messwert die Zufuhr einer Menge ζ entsprechend den Fehlmengen.
Das Mischgut entspricht also der verlangten Qualität, sobald es das Niveau b im 'irog 2 erreicht hat. Der Mischapparat wird abgestellt und die fertige Sandmischung der Formmaschine zugeführt.
Nach einer AusfährungsVariante des Verfahrens wird dieses vorteilhaft in mehreren Stufen durchgeführt. In einer ersten Stufe wird während des Mischprczesses eine bestimmte Flüssigkeitsmenge zugeführt; dabei wird die Messung der Quellgeschwindigkeit und der durch die Flüssigkeitszugabe entstehende Absolutwert dieser Quellung dazu benutzt, Art und Menge der im weiteren Verlauf des Prozesses in einer zweiten Stufe zuzuführenden Additive zu bestimmen. In der oder den nachfolgenden Stufen wird auf analoge Weise vorgegangen, sodass das angestrebte Endresultat' etappenweise in gewöhnlich imi&er kleiner werdenden Schritten erzeilt wird.
Im vorstehenden wird ein sehr einfaches Ueberwachungs- und Regelverfahren beschrieben, weiches eine konstante Qualität des
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Formsandes gewährleistet. Das Verfahren lässt sich hingegen noch optimieren indem das ?ulLstandLiniveau des Mischgutes im Mischtrog dauernd gemessen wird uivä auf Grund der Messresultate die Zufuhr. von Wasser und/oder Adcitiven, oder sogar an Rohstoff, reguliert wird. Die Erfassung de^ Füllstandes könnte darüberhinaus vervollständigt werden durch sine Messung des Wasservolumenstromes und eine Wägung der Rohstoffe und Additive. Damit könnte der Prozess vollständig automatisiert werden indem diese' sämtlichen Daten einem Computer zugeführt werden, welcher die nötigen Signale ausschickt zur Mengenregelung der ::ur Erzielung der gewünschten Sandmischungsendqualität erforderlichen Wasser- und Additivzugaben.
Wenn die Erfindung auch mit Bezug auf die Herstellung von Formsandmischlingen für Giessereien beschrieben wurde, so kann sie doch mit gleichen odor ähnlichen Vorteilen auf andere Gemenge angewandt werden, welche während ihrer Verarbeitung Volumenänderungen erfahren, wie z.B. Beton, Brot- und Gebäckteig usw.
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Claims (7)

P A ΐ 3 N ϊ Λ NSPRUECHE
1. Ueberwachung;.;- und Regel verfahren zur Erzielung einer bestimmten, definierten Qualität einer Materialmischung, welcher Flüssigkeit und nu.-destc-ns ein Additiv zum Hervorrufen eineu Auf quell ons des I;krt(:rialge;r:cnges während des Mischvorgangs zugesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wahrend des Mischvorgangs die Gesch.vindi ;?>: sit und der absolute Wert der Volumenänderungen des Materiu'. ^enenges kontinuierlich oder diskontinuierlich gemessen werden, and dass die Zugabe von Flüssigkeit und des oder der Additive zum Gemenge in Abhängigkeit dieser Messungen und bestimmter, durch ver.iergegangene Versuche ermittelter Werte geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kessungen der Volu^enänderungen in einem geschlossenen Behält« mit bekannter Bodenhöhe durch Messungen der Füllstandsänderungen vorgenorn-Tien werden.
3. Verfahren nan,, den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, iiaj.. die Zugabe der Flüssigkeit und des oder der Additive stufenweise erfoh-—, wobei Art und Menge der in aufeinanderfolgenden Stufen zugegebenen Zusätze in Funktion von während vorhergegangener Stufen durchgeführten Messungen erfolgen.
4. Veri:_hren nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekenn- :: ei ohne", da.3j die dur.;:: Versuche ermittelten Werte gespeichert werden und Teil einer Logistischen Programmierung für das Regu-
2[, hieran der Zugabe von Flüssigkeit und des oder der Additive in Funktion der durchgeführten Messungen sind.
5. Verfahren naca den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es auf aie Zubereitung von Giessereisandmischungen angewandt wird.
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6. Vorrichtung ".-.τ Durchi'ührun,; des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, begreifend einen Kiscier (l) eine Flüssigk ei t s zuleitung (7), eine Speiscvorri jh.tung (6).. für die. Additive, gekennzeichnet durch c-ir.e Füllütandsanzeigevorrichtung,. deren Signale einem elektrischen Steuergerät zum Regeln der Flüssigkeitszugabe und Additivzufuhr zugeleitet werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandsanzoigevprrichtung aus einer Sonde (8) auf mechanischer, elektrischer, elektromagnetischer usw. Basis besteht.
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DE19772729355 1976-07-01 1977-06-29 Verfahren sowie ueberwachungs- und regelvorrichtung zur herstellung einer mischung Withdrawn DE2729355A1 (de)

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