DE3315835C2 - Vakuum-Druckgießgerät zum Vergießen von Dentallegierungen - Google Patents

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum möglichst genauen Erfassen der Gießtemperatur eines Gerätes zum Schmelzen und Gießen von Metallen und Legierungen, insbesondere Edelmetall-Legierungen, für dentaltechnische Zwecke zur Optimierung des bekannten Vakuum-Druck-Gießverfahrens hinsichtlich der Vermeidung von Bedienungsfehlern und der Erhöhung der Qualität der damit hergestellten Gußstücke. Neuer Schmelzofen und -regelung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuum-Druckgießgerät zum Vergießen von DentaUegierungen unter Verwendung eines austauschbaren, in einem Ofen in einer stabilen Lage gehaltenen Tiegels, der das Schmelzgut aufnimmt.

Gießgeräte zum Vergießen von DentaUegierungen sind allgemein, beispielsweise aus der DE-PS 25 53 807, der DE-OS 26 35 182 und dem DE-GM 79 05 256, bekannt.

Darüberhinaus ist aus der DE-OS 20 36 292 ein Gerät zum Vorbehandeln von Gußformen für die Zahntechnik bekannt. Mit diesem Gerät werden Gießformen vorgewärmt, bevor in diese Gießformen definiert erwärmtes Schmelzgut eingebracht wird. Diese Geräte weisen einen Thermofühler auf, der in einem Sackloch der Heizplatte angeordnet ist und ausschließlich dazu dient, die Temperatur der Heizung zu regeln.

Weiterhin ist aus der DE-OS 31 46 391 eine Regeleinrichtung für die Regelung der digital angezeigten Temperatur eines Dentalofens zur Vorbehandlung von Gießformen bekannt Mit dieser Steuerung wird ein erwünschtes Temperatur/Zeit-Profil durchfahren, um die Gießform vorzuwärmen.

Aus der DE-PS 9 14 935 ist ein Einbrennofen bekannt mit dem beispielsweise keramische Dentalteile bei vorbestimmten Temperaturen behandelt werden. Dieser Einbrennofen weist zwei Temperaturfühler auf, wobei

ίο der eine dieser Temperaturfühler in der Heizwicklung und der andere Temperaturfühler im Nutzraum des Einbrennofens angeordnet ist Der erste Temperaturfühler dient dazu, den Ofen auf eine vorbestimmte Bereitschaftstemperatur zu halten, während der zweite Temperaturfühler nur dann eingesetzt wird, wenn der Ofen aus seinem Kaltzustand auf eine Bereitschaftstemperatur gefahren werden soll. Hierzu kann durch Umschalten der Regeleinrichtung auf diesen zweiten Temperaturfühler die Temperatur im Brennraum überprüft werden, um dann gegebenenfalls anhand eines Diagramms einen erhöhten Heizstrom abzulesen und einzustellen; mit dieser Arbeitsweise wird ein schnelles Erreichen einer Bereitschaftstemperatur ermöglicht

In »Archiv für technisches Messen und industrielle Meßtechnitk« März 1960, Seiten R25 ff., ist darüberhinaus die Temperaturmessung an Metallschmelzen in den Eisen- und Stahlhütten unter Verwendung von TauchtemperatuTneßfühlern deren Thermoelemente in einem keramischen Schutzrohr liegen, beschrieben.

Schließlich ist aus der Firmenschrift »Tiegelschleuder TS3« der Firma Degussa (MD 266-1-5-1081 H) bekannt, eine Temperaturüberschreitung des Schmelze oder Oberhitzen des Schmelzofens dadurch auszuschließen, daß die am Regelgerät einer Hochleistungs-Meßanlage vorgewählte Temperatur durch ein eingebautes Thermo-Element überwacht wird. Eine Digitalanzeige informiert laufend über die jeweilige Ist-Temperatur im Schmelzofen; über diese Digitalanzeige kann — zur Überprüfung — auch die Soll-Temperatur angezeigt werden.

AufgaDe der vorliegenden Erfindung ist es nun ein Vakuumdruckgießgerät zu schaffen, mit dem die Erwärmung auch geringer Mengen an Schmelzgut auf eine definierte Temperatur möglich ist und das darüberhinaus die Möglichkeit einer schnellen und sicheren Regelung der Temperatur auf einen Soli-Wert bietet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Ofen ein derart ausgebildeter und nahe des Tiegelbodens angeordneter Temperatur-Meßfühler vorgesehen und der Tiegel so ausgebildet ist, daß der Meßfühler die durch das Einsetzen des Tiegels oder das Einbringen selbst geringer Mengen an kaltem Schmelzgut in den eingesetzten Tiegel verursachte Temperaturänderungen erfaßt. Außerdem ist durch den Temperatur-Meßfühler im Bereich des Tiegelbodens die Möglichkeit gegeben, eine schnelle und sichere Regelung der Temperatur auf den Sollwert durchzuführen, wie dies noch nachfolgend be-' schrieben wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Vakuum-Druckgießgerätes ist darin zu sehen, daß der Meßfühler aus einem Thermoelement besteht, das in einem dünnen keramischen Schutzrohr enthalten ist, wobei die Heißlötstelle des Thermoelements im Bereich einer geschlossenen Wand des keramischen Schutzrohres dem Tiegelboden zugekehrt und in diesem in einem möglichst geringen Abstand, und^war im Bereich der Tiegelachse, temperaturwechselbeständig gehalten ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung gerade

hinsichtlich eines schnellen Erreichens des Temperatur-Sollwertes besteht auch darin, daß die Nutzraumtemperatur — hier die Temperatur des Tiegelinnenraums — sehr genau gemessen und geregelt wird, indem der Meßfühler zur Erkennung der Nutzraumtemperatur, d.h. der dem Tiegelboden zugeordnete Temperaturmeßfühler, mit einem weiteren Meßfühler gekoppelt ist, der dem Heizelement zugeordnet ist

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung enthalten die Unteransprüche. In der ein Ausfürrungsbeispielc'srstellenden Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Schmelzofen mit darin eigesetztem Tiegel und

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Gießtemperaturregelung des Gerätes.

Der Grundaufbau des Gerätes ist im wesentlichen der gleiche wie bereits in dem deutschen Gebrauchsmuster 69 33 586 beschrieben, soweit es die apparativen Teile mit Ausnahme des Schmelzofens betrifft Aus Gründen der Deutlichkeit der Darstellung und der Beschreibung werden die bekannten Teile nicht, sondern nur die Wirkungsweise der Erfindung nachfolgend beschrieben.

Nach Drücken der Starttaste des Gerätes wird die Heizung des Ofens eingeschaltet, bis die vorgewählte Solltemperatur im Nutzraum, d. h. im Tiegelinnern, entsprechend der Gießtemperatur erreicht ist. Dieser Sollwert kann etwa im Bereich zwischen 1000 und 1500⁰C liegen.

Wenn die vorgewählte Solltemperatur erreicht ist erfolgt eine Anzeige. Danach wird der leere Tiegel kalt, d. h. bei Raumtemperatur, eingesetzt. Es folgt die Frkennung der Tiegeleinführung in den Ofen infolge des Absinkens des Temperaturniveaus im Ofen durch den kalten Tiegel (sofern eine Temperaturdifferenz vorhanden ist). Sobald die gewünschte vorgewählte Temperatur wieder erreicht ist, erfolgt eine Anzeige »Temperatur erreicht«. Danach erfolgt die Schmelzguteingabe in den Tiegel und die Erkennung dieser Eingabe, die bis auf wenige Gramm, z. B. 5 Gramm, genau möglich ist.

Die Schmelzguteingabe hat eine erneute, wenn auch geringere, Temperaturabsenkung im Ofen zur Folge, weiche das Erkennen der Schmelzguteingabe möglich macht. Danach erfolgt, sobald erreicht, die Anzeige »vorgewählte Temperatur erreicht«.

Eventuell wird dann ein vorhandener Deckel geschlossen, welcher den Tiegel abdeckt. Dann wird die Gießbereitschaft angezeigt und es kann in vorteilhafter Weise bei Deckelzuhaltung über eine bestimmte Zeit hinaus ohne Abgießen die Heizung des Ofens abgeschaltet werden (Schutzschaltung).

Weiter vorteilhaft ist es, eine Taste »Gießen« den Benutzer willentlich betätigen zu lassen und erst danach mit dem Evakuieren der Form zu beginnen.

Letzter Verfahrensschritt ist das Kippen und Ausgießen des Schmelzgutes aus dem Tiegel in die Form unter Druck.

Der Schmelzofen des Gießgerätes bei der Erfindung weist z. B. folgenden Aufbau auf:

Das Ofengehäuse ist mit 1 bezeichne'. Eine Isolation ist in Form eines Mantels 2 und einer Scheibe 3 dargestellt, die zwischen dem Mantel 2 und einer Bodenplatte 4 angeordnet ist. Mit 5 ist die Abdeckplatte bezeichnet, die eine Dichtung 6 aufweist. In der Bodenplatte 4 ist eine weitere Platte 7 eingelassen, deren Zweck das Tragen der Hülse 9 ist, die die Heizung trägt.

In der Deckplatte 5 ist eine zentrale Öffnung 8 vorhanden, in die eine Hülse 9 (= Heizungsträgerrohr) und in diese wiederum der Tiegel 10, insbesondere Graphittiegel, auswechselbar eingeseezt ist, welcher zum Schmelzen des zu vergießenden Metalles, wie Edelmetall bzw.EdelmetalI-Legierung_T dient. Auch andere keramische Tiegel, z. B. aus Tonerde, AJ-Oxidkeramik oder wie in der DE-OS 32 48 104 beschrieben, sind anwendbar.

Die Hülse 9 ist umgeben VGn einer elektrischen Heizung 11, wobei bevorzugt deren Heizleiter, wie Drahtwicklung, in einer Isoliermasse, wie Keramik, eingebettet sein kann. Auch andere elektrische Heizvorrichtungen sind anwendbar, wie aufgedruckte Heizschichten, Heizfolien in Kontakt mit der Hülse 9 oder auch induktive Heizer, insbesondere in Spulenform nach Art des Gebrauchsmusters 79 05 256. Auch Strahlungs- oder Konvektionsheizung ist möglich.

Wesentlich ist die Anordnung des Temperaturfühlers, wie (Pt/Rh-) Thermoelements 12, in einem keramischen Schutzrohr, dessen Spitze, hier Heißlötstelle 13, dem konvex ausgeführten Bodenbereich des Tiegels 10 zentral (hier axial) zugeordnet ist, und zwar so nah wie möglich, um eine hohe Ansprechempfindlichkeit des Fühlers sicherzustellen. Das Schutzrohr besteht z. B. aus dünner Keramik, Typ 710, und ist an seinem dem Tiegelboden zugekehrten Ende geschlossen und ebenfalls konvex ausgebildet. Es ist in der Platte 4 festgehalten.

Ein Halter 14a in Form eines Rohrabschnittes, getragen von der Platte 7, bestimmt den möglichst geringen Abstand, den die justiert festgehaltene Spitze 13 des Fühlers zum Tiegelboden einhält.

Durch eine geringe Bodendicke des Tiegels (etwa 0,5 bis 5 mm, bevorzugt 1 bis 2 mm) ebenso wie durch weitere Maßnahmen in bezug auf die elektrische Regelung ist auch das Erkennen und Erfassen einer kleinen Masse - (Schmelzgut) bis etwa 5 g im Tiegel möglich. Ein zweiter Temperaturmeßfühler 14, wie Thermoelement, ist mit seiner Spitze an einem solchen Punkt im Schmelzofen nahe dem Heizkörper angeordnet, daß er eine Temperatur mißt, die nahe der mittleren Oberflächentemperatur des Heizkörpers bzw. der von diesem beheizten Wand — hier der Hülse 9 — liegt. Dadurch ist es möglich, die Heizung und damit die Temperatur des Tiegels, der die Masse zum Schmelzen bringt, sehr genau, z. B. ± 3° C oder besser, zu regeln.
Die Regelung hierzu und die Gießtemperaturfassung im Bereich zwischen ~ 1000 his 1500⁰C ist, wie Fig. 2 zeigt, dadurch möglich, daß ein zweischleifiger Regel-Algorithmus vorgesehen ist, bei dem der Heizkörper in einem schnellen Regelkreis 15 liegt, während die Tiegeltemperatur (Temperatur der zu schmelzenden Masse) als eigentliche Regelgröße im langsamen Regelkreis 16 liegt.

Die Differenz zwischen dem Temperatur-Sollwert und dem konstant zu haltenden Istwert der Tiegeltemperatur wird in Fig. 2, links, bei 17 einom Hauptregler 18 mit PI- oder PID-Verhalten aufgeschaltet, der als langsamer Regler ausgebildet ist relativ zum Regler 19, der als Hilfsregler dient und als schneller Regler relativ zum Regler 18 als P- oder PD-Regler ausgebildet ist. Mit 20 ist die Ist-Wert-Erfassung der Temperatur des Heizkörpers bezeichnet und mit 21 die Ist-Wert-Erfassung der Tiegeltemperatur. 20 und 21 bilden zusammen die Regelstrecke am Schmelzofen gemäß Fig. 1. wobei die Ist-Wert-Erfassung und gewünschtenfalls eine Digitalanzeige für das Regelglied 20 durch das Thermoelement 14 bebildet ist und für das Regelglied 21 durch das Thermoelement 13. Die Rückführung des erfaßten Wertes der Tiegeltemperatur gleich Regelgröße zum Hauptregler und dort bei 22 aufgeschaltet auf die Soll-

temperatur für den Hauptregler erfolgt über die Leitung 16, während die Rückführung der erfaßten Heizkörpertemperatur als Hilfsregelgröße über die Leitung 15 bei 21 dem Sollwert für den Hilfsregler 19 aufgeschaltet wird.

Selbstverständlich können alle Glieder dieser Regelkreise ersetzt sein durch Funktionen in einem Mikroprozessor und dann in Form eines Softwarepaketes abgearbeitet werden.

Beim Einsetzen von zu schmelzendem und zu vergießendem Material, wie Edelmetall oder Edelmetall-Legierung für Dentalzwecke, in den Tiegel und Einsetzen desselben in den Ofen wird eine solche Temperaturabsenkung erfolgen, daß dies jedesmal von dem hier besonders geschickt angeordneten Temperaturfühler, wie Thermoelement 12 und dessen Meßort 13, möglichst nahe dem Tiegelort, an dem sich mit größter Wahrscheinlichkeit eine Anhäufung der zu schmelzenden Masse befindet, erfaßt wird oder auch gegebenenfalls in der Masse selbst. Dabei wird die Tiegeltemperatur bei 21 angezeigt und/oder registriert entweder über Bildschirm oder über einen XY-Kurvenschreiber (Plotter). Natürlich ist auch eine reine digitale Anzeige der Gießtemperatur möglich und zumindest diese ist notwendig, wenn man sie dem Benutzer direkt anzeigen will. Er startet in Abhängigkeit von dem von ihm eingesetzten jeweils verwendeten Material, das zu erschmelzen und zu vergießen ist, wie Edelmetall oder Edelmetall-Legierung, und dem Zeitpunkt, bei dem die Schmelze die zum Gießen richtige Temperatur aufweist, den eigentlichen Gießvorgang.

Bei bisher bekannten Gießgeräten für dentaltechnische Zwecke hat man nur indirekt auf die Gießtemperatur geschlossen, z. B. durch Betrachten der Schmelzoberfläche oder anderen ebenfalls mehr oder weniger indirekt wirksamen Maßnahmen.

Die Erfindung ist auch und gerade dann vorteilhaft, wenn z. B. der Tiegel 10 auch durch einen Deckel abdeckbar ist, der in der Zeichnung (Fig. 1) nicht dargestellt isL Dieser befindet sich, wie üblich, zwischen dem Schmelzofen 1 und der nicht dargestellten Gießform, die beide um eine gemeinsame Achse kippbar sind.

Sowohl die für den Tiegel 10 als auch das Schutzrohr 12 und für die Halteteile 14a, 7,4,3 verwendeten Materialien, wie Keramiken, müssen formstabil sein, auch bei auftretender. Temperaturwechseln. Werden unterschiedliche Materialien verwendet, so müssen diese im thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufeinander abgestimmt sein. Das Tiegelmaterial muß mechanisch fest und mit dem Schmelzgut verträglich sein sowie gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen und/oder eine geeignete Hinke (geringe) thermische Masse bilden. Die Wanddikke kann dabei vom Boden gleich oder verschieden sein. Der Boden kann auch eben sein.

Zusätzlich kann ein Heizer-Überhitzungsschutz 24 vorgesehen sein. Beim Regelvorgang, der die Temperatur des Nutzraumes (Tiegelinnenraum) konstant halten soll, kann die Heizer-Temperatur die maximal zulässige Temperatur T_m3X überschreiten und dadurch den Heizer zerstören. Mit dem Block 24 wird dies verhindert und damit der Heizer geschützt

Der Heizer-Überhitzungsschutz vergleicht die entstehende Heiztemperatur mit einer fest vorgegebenen zulässigen Maximaltemperatur T_m3X und zieht beim Überschreiten von T_max die Stellgröße auf den niedrigsten Wert (Abschaltung der Heizungsenergie). Wenn die Temperatur T_max nicht überschritten wird, beeinflußt der Teil 24 die Stellgröße des Reglers nicht

Wird aus Versehen versucht, das Gerät zu starten, solange in der Anzeige »Temp, nicht o. k.« erscheint, geschieht nichts, da alle Funktionen mit einander verriegelt sind, so daß Fehlbedienungen ausgeschlossen sind.

Aus der Grundstellung heraus ist durch extra Tasten und Sicherheitsschalter, z. B. zum Reinigen, der Gießkessel in jede gewünschte Position zu bringen.

Jede Störung des Programmablaufs wird durch die Anzeige »Defekt« signalisiert, außerdem kann der Programmablauf bis zum Schließen des Deckels durch die Taste »Programm Stop« unterbrochen und danach erneut der Start ausgelöst werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vakuum-Druckgießgerät zum Vergießen von DentaUegierungen unter Verwendung eines austauschbaren, in einem Ofen in einer stabilen Lage gehaltenen Tiegels, der das Schmelzgut aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofen (1 bis 3) ein derart ausgebildeter und nahe des Tiegelbodens angeordneter Temperatur-Meßfühler (12, 13) vorgesehen und der Tiegel so ausgebildet ist, daß der Meßfühler die durch das Einsetzen des Tiegels oder das Einbringen selbst geringer Mengen an kaltem Schmelzgut in den eingesetzten Tiegel verursachte Temperaturänderungen erfaßt

2. Gießgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegelboden — von außen betrachtet — konvex augeführt ist und der Temperatur-Meßfühler (12, 13) im Bereich der Tiegellängsachse liegt.

3. Gießgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodendicke des Tiegels etwa 0,5 bis 5 mm, bevorzugt 1 bis 2 mm, beträgt.

4. Gießgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler aus einem Thermoelement besteht, das in einem dünnen keramischen Schutzrohr enthalten ist, wobei die Heißlötstelle des Thermoelements im Bereich einer geschlossenen Wand des keramischen Schutzrohres dem Tiegelboden zugekehrt und zu diesem in einem möglichst geringen Abstand temperaturwechselbeständig gehalten ist.

5. Gießgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Meßfühler (14), der in an sich bekannterweise dem Heizelement des Ofens zugeordnet ist, mit dem Temperatur-Meßfühler (12, 13), der im Bereich des Tiegelbodens angeordnet ist, über eine Regelanordnung zusammenwirkt.

6. Gießgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur-Meßfühler (12/13, 14) Meßwertgeber einer zweischleifigen Regelanordnung sind und daß der dem Heizelement zugeordnete Meßfühler (14) in einem schnellen Regelkreis (15) und der Temperatur-Meßfühler (12,13), der im Bereich des Tiegelbodens angeordnet ist, in einem langsamen Regelkreis (16) liegt.