DE3245832C1 - Verfahren und Vorrichtung zur UEberwachung des Endfuellstandes beim Fuellen von Gussformen mit fluessigem Metall - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur UEberwachung des Endfuellstandes beim Fuellen von Gussformen mit fluessigem MetallInfo
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D39/00—Equipment for supplying molten metal in rations
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Description
a) Der Meßaufsatz (2) ist in einer Halte- und Handhabungsmechanik (21) befestigt, welche
ein automatisches Umsetzen des Meßaufsatzes mit der Gießpfanne (8) von einer Gußform (1)
zur nächsten ermöglicht.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
a) Im Bereich der Spulen (24, 25) ist eine Temperaturmeßvorrichtung vorhanden, deren
Zuleitungen ebenfalls an die Meß- und Steuerelektronik (7) anschließbar sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens. Insbesondere soll das Verfahren für Metalle mit einem hohen
Schmelzpunkt geeignet sein.
Aus der CH-PS 6 09 595 ist eine »Kontrolleinrichtung
für die Zufuhr einer Schmelze in eine Gießform« bekannt, bei der der Füllstand in der Eingußöffnung der
Gießform berührungslos mit Hilfe einer ringförmigen, den Schmelzstrahl umgebenden, stromdurchflossenen
Meßspule bestimmt wird. Das Signal dieser Meßspule beeinflußt die Stelleinrichtung und damit die Zufuhr von
Flüssigmetall. Das dort vorgeschlagene Verfahren dient einerseits zur Regulierung der Zufuhr von Flüssigmetall
während des Gießvorganges je nach dem Schluckvermögen der Gußform und andererseits zur Beendigung
des Gießvorganges bei Erreichen eines vorbestimmten Füllstandes. Probleme treten allerdings dadurch auf, daß
außer der Höhe des Füllstandes auch andere Faktoren das Signal der Spule beeinflussen.
So ist eine extrem genaue Positionierung der Spule in bezug auf die Gießform und die Gießpfanne, insbesondere
eine exakt waagerechte Einstellung nötig, und außerdem ist das Signal der Spule stark von der
Temperatur abhängig, was unter anderem eine Kühlung und Temperaturkontrolle erforderlich macht. Darüber
hinaus beeinflußt alles umgebende Metall den Meßwert, so daß besondere Abschirmungsmaßnahmen notwendig
sind.
Aus der DE-OS 26 38 015 und der DE-OS 26 39 793 sind fernerhin optische Überwachungssysteme für den
Füllstand von Flüssigmetall in einer Gießform bekannt. Auch diese weisen jedoch verschiedene Nachteile auf,
die insbesondere im rauhen Alltagsbetrieb einer Gießereianlage zum Tragen kommen. So erfordern die
optischen Systeme auch eine präzise Justierung und sind empfindlich gegenüber Verunreinigungen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, was es insbesondere ermöglicht, den Einfüllstand in
Gußformen möglichst exakt reproduzierbar zu machen. Dabei soll das Verfahren mit möglichst einfachen
Bauteilen auskommen, die keine besondere Justierung und keine übermäßige Wartung erfordern. Auf diese
Weise soll ein automatisches Füllen von vielen gleichartigen Gußformen von einer zentralen Schaltwarte
aus möglich sein. Von entscheidender Bedeutung ist auch die Forderung nach Haltbarkeit und geringer
Störanfälligkeit der verwendeten Komponenten.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
Zwei oder mehr Induktionsspulen in dem Meßaufsatz, deren gegenseitige Induktion ein Maß für den Füllstand
ist, ermöglichen eine exakte Messung auch bei hohen und gegebenenfalls etwas schwankenden Temperaturen.
Bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes wird die Zufuhr von Flüssigmetall beendet, was durch
Stellglieder in Verbindung mit den an sich bekannten Vergießmechaniken erreicht wird.
Gemäß dem Anspruch 2 wird vorgeschlagen, den Schwellwert der Füllhöhe so einzustellen, daß der
Meßaufsatz kurz nach dem Ende des Gießvorganges ohne Überfließen von Flüssigmetall wieder abgenom- '5
men werden kann. Da durch eine Volumenreduzierung beim Abkühlen des Flüssigmetalls der Flüssigmetallspiegel
kurz nach dem Ende des Füllvorganges etwas absinkt, läßt sich durch entsprechende Einstellung des
Schwellwertes für den Endfüllstand erreichen, daß wenig später der Meßaufsatz problemlos abgehoben
werden kann. Der konische Einfülltrichter erlaubt eine mechanisch einfache, aber sehr exakte Positionierung
des Meßaufsatzes auf jede Gußform, so daß die Voraussetzungen für eine reproduzierbare Füllhöhe
geschaffen sind.
Im Anspruch 3 wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen. Ein etwa trichterförmiger
Meßaufsatz aus Keramikmaterial, welcher dichtend auf den eigentlichen Einfülltrichter der
Gußform aufsetzbar ist, wird mit mindestens zwei Magnetspulen ausgestattet. Die Magnetspulen umgeben
außen den konischen Teil des Meßaufsatzes. Mindestens eine der Spulen ist als Sendespule ausgelegt und an eine
Wechselstromquelle anschließbar, und mindestens eine andere Spule ist als Empfangsspule ausgelegt und an
eine Meß- und Steuerelektronik anschließbar. Mit dieser Ausrüstung kann der Meßaufsatz besonders empfindlich
das Ansteigen des Flüssigmetallspiegels in seinem Inneren nachweisen. Benutzt wird dabei ein an sich
bekanntes Meßprinzip:
Das von der Sendespule erzeugbare elektromagnetische Feld induziert in der Empfangsspule eine
Spannung, welche in einem Meßgerät registriert werden kann. Die Magnetfeldlinien laufen durch den von den
beiden Spulen umgebenen Raum und bewirken solange eine gute magnetische Kopplung der Spulen, wie keine
Unterbrechung der Magnetfeldlinien erfolgt. Wird jedoch ein elektrisch leitendes Material, beispielsweise
ein Flüssigmetall in den von den Feldlinien durchlaufenen Raum gebracht, so werden in dem elektrischen
Leiter (zumindest bei magnetischen Wechselfeldern) Wirbelströme erzeugt, welche ein entgegengesetztes
Magnetfeld hervorrufen. Dies führt zu einer Schwächung der magnetischen Kopplung der Spulen und
damit zu einer Verringerung der in der Empfangsspule induzierten Spannung. Je nach der Geometrie der
Spulen und der Höhe der benutzten Frequenz ist ein empfindlicher Nachweis auch schon einer Annäherung
des Flüssigmetallspiegels möglich. Bei Verwendung einer geeigneten Konstantwechselstromquelle läßt sich
eine Messung mit sehr hoher absoluter Genauigkeit durchführen.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung schlägt der Anspruch 4 vor, den trichterförmigen Meßaufsatz
an seinem oberen Ende mit einem über die Spulen hinausragenden keramischen Wulst zum Schutz der
Spulen zu versehen. Die Spulen sind dann eingebettet in den Raum zwischen der Sandgußform und dem Wulst.
Diese Ausgestaltung verhindert, daß die Spulen durch Spritzer von flüssigem Metall oder andere Einwirkungen
beschädigt werden.
Da das keramische Material des Meßaufsatzes unter Umständen nur eine begrenzte und gegenüber den
Spulen sehr viel kürzere Lebensdauer hat, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im Anspruch 5
vorgeschlagen, die Spulen zur Unterseite des'abgenommenen
Meßaufsatzes hin abnehmbar auszuführen. Insbesondere wird im Anspruch 6 vorgeschlagen, die
Spulen mit ihren elektrischen Zuleitungen als eine auswechselbare Einheit zu gestalten, welche je nach
Bedarf mit einem neuen keramischen Aufsatz versehen werden kann. Dies bewirkt, daß der aufwendigere Teil
des Meßaufsatzes, nämlich die Spulen, ohne großen Aufwand und ohne Montage und Justierarbeiten mit
einem neuen keramischen Mantel weiterbenutzt werden können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Meßaufsatz gemäß dem
Anspruch 7 in einer Halte- und Handhabungsmechanik befestigt sein soll, welche ein automatisches Umsetzen
des Meßaufsatzes mit dem Gießofen von einer Gußform zur nächsten ermöglicht. Diese Ausführung bietet sich
deshalb an, weil der Meßaufsatz durch die konische Form sehr leicht von selbst in seine exakte Arbeitsposition
rutscht, wenn er mit Hilfe einer Mechanik, welche genügend Spiel aufweisen sollte, umgesetzt wird.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 8 vorgeschlagen, das Spulensystem zusätzlich
mit einer Temperaturmeßvorrichtung zu versehen, welche bei besonders hohen Anforderungen an die
Genauigkeit der Messung eine Kompensation von temperaturbedingten Änderungen des Meßsignals ermöglicht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt
F i g. 1 eine schematische Übersicht über die gesamte Anordnung,
F i g. 2 einen Längsschnitt durch den oberen Teil einer Gußform mit aufgesetztem Meßaufsatz und
F i g. 3 eine Ansicht von oben auf den Meßaufsatz.
In F i g. 1 ist eine Sandgußform 1 mit aufgesetztem Meßaufsatz 2 dargestellt. Der Meßaufsatz wird von
einer Haltevorrichtung 21 getragen, welche mit der Aufhängung 10 der Gießpfanne 8 verbunden ist. Ein
Antrieb 9 steuert den Ausfluß aus der Gießpfanne 8. Eine Konstantwechselstromquelle 6 versorgt die eine
Spule des Meßaufsatzes mit einem konstanten Wechselstrom, und die in der zweiten Spule induzierte Spannung
wird von einer Meß- und Steuerelektronik 7 registriert und in Steuersignale für den Antrieb 9 der Gießpfanne 8
umgesetzt. Nach Erreichen eines vorbestimmten Füllstandes wird die Zufuhr von Flüssigmetall aus der
Gießpfanne 8 gestoppt und die ganze Vorrichtung zur nächsten Gußform verfahren.
In F i g. 2 und 3 ist der obere Teil einer Sandgußform mit aufgesetztem Meßaufsatz dargestellt (bzw. eine
Ansicht von oben auf den Meßaufsatz). Die Sandgußform 1 weist einen Füllkanal 3 und darüber einen
Einfülltrichter 4 auf. An den oberen Rand des Einfülltrichters 4 ist der Meßaufsatz 2 so aufsetzbar, daß
sein konischer Teil 23 dichtend in den Einfülltrichter 4 hineingleitet. Das in den Einfülltrichter 4 ragende Ende
22 des Meßaufsatzes bewirkt eine exakte Positionierung. Der konische Teil 23 des Meßaufsatzes 2 ist von
mindestens zwei ringförmigen Spulen 24, 25 umgeben.
Die eine Spule 24 dient als Sendespule, und ihre Zuleitungen sind an eine Konstantwechselstromquelle
anschließbar. Die zweite Spule 25 dient als Empfangsspule und kann an eine Meß- und Steuerelektronik 7
angeschlossen werden. Die Zuleitungen der Spulen und gegebenenfalls eines nicht dargestellten Temperaturfühlers
werden in einem gemeinsamen Schutzrohr 26 nach außen geführt. Eine Halterung 21 trägt den ganzen
Meßaufsatz und ermöglicht in Verbindung mit der Mechanik der Gießpfanne ein Umsetzen des Meßaufsatzes.
Bei Erreichen eines bestimmten Füllstandsspiegels 5 der Metallschmelze spricht die Meßelektronik an und
stoppt den Zufluß von weiterem Flüssigmetall. Die Magnetfeldlinien, weiche im Prinzip beide Spulen auf
einem geschlossenen Weg umlaufen müssen, um eine induktive Kopplung zu bewirken, werden durch
Wirbelströme im Flüssigmetall stark geschwächt, wobei schon einfache geometrische Überlegungen zeigen, daß
eine bedeutende Schwächung schon bei einem Füllstand nahe dem unteren Ende 22 des Meßaufsatzes eintritt.
Während die Sandgußform 1 für die Magnetfeldlinien ebenso gut durchdringbar ist wie die keramischen Teile
des Meßaufsatzes 2, sind schon wenige Millimeter Flüssigmetall für Magnetfeldlinien praktisch undurchdringlich.
Darin besteht die Grundlage für präzise Messungen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zur Überwachung des Endfiillstandes beim Füllen von elektrisch schlecht leitenden
Gußformen (1), insbesondere Sandgußformen, mit flüssigem Metall, gekennzeichnet durch
folgende Merkmale:
a) Ein etwa trichterförmiger Meßaufsatz (2) wird vor Füllbeginn auf den eigentlichen Einfülltrichter
(4) der Gußform (1) aufgesetzt.
b) Eine Änderung der gegenseitigen Induktion von in dem Meßaufsatz enthaltenen Spulen (24, 25)
durch das ansteigende Flüssigmetall wird gemessen.
c) Bei Erreichen eines Schwellwertes wird die Zufuhr von Flüssigmetall beendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
a) Der Schwellwert der Füllhöhe wird so eingestellt, daß der Meßaufsatz (2) kurz nach dem
Ende des Gießvorganges bereits ohne Überfließen von Flüssigmetall wieder abgenommen
werden kann.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
a) Es ist ein etwa trichterförmiger Meßaufsatz (2) aus Keramikmaterial vorhanden, welcher dichtend
(22) auf den eigentlichen Einfülltrichter (4) der Sandgußform (1) aufsetzbar ist.
b) Der konische Teil (23) des Meßaufsatzes (2) ragt nach dem Einsetzen über den Einfülltrichter (4)
hinaus und ist von mindestens zwei Magnetspulen (24,25) umgeben.
c) Mindestens eine der Spulen (24, 25) ist als Sendespule (24) ausgelegt und an eine Wechselstromquelle
(6) anschließbar.
d) Mindestens eine der Spulen (24, 25) ist als Empfangsspule (25) ausgelegt und an eine
Meß-und Steuerelektronik (7) anschließbar.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) Der Meßaufsatz (2) weist an seinem oberen Ende einen über die Spulen hinausragenden
keramischen Wulst (27) auf.
b) Die Spulen (24, 25) füllen den Raum zwischen Sandgußform (1) und Wulst (27) aus.
55
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
a) Die Spulen (24, 25) sind zur Unterseite hin bei abgenommenem Meßaufsatz (2) auswechselbar.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
a) Die Spulen (24,25) bilden mit ihren elektrischen Zuleitungen (26) eine auswechselbare Einheit.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
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