-
Meßspulenvorrichtung
-
Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Meßspulenvorrichtung für
die induktive Messung des Füllstandes der Metallschmelze im Eingußtrichter einer
Gießform in berührungsloser Anordnung zur Gießform. Derartige Meßspulen dienen der
automatischen Uberwachung und Steuerung von Gießvorgängen.
-
Eine Kontrollvorrichtung für die Zufuhr einer Schmelze in eine Gießform,
mit einer die Ausflußmenge aus einem Gießbehälter regulierenden Stelleinrichtung,
die mit einer Steuerung in Verbindung steht, welche von der Füllstandshöhe der Schmelze
in der Gießform beeinflußt wird, ist aus der CH-PS 609 595 bekannt. Nach der dort
beschriebenen Vorrichtung wird eine stromdurchflossene Meßspule verwendet, die entsprechend
der Beeinflussung ihres Magnetfeldes durch die Schmelze ein Signal für eine Stellvorrichtung
erzeugt.
-
Ihre Lage zur Eingußöffnung kann eingestellt werden. Die Meßspule
ist ringförmig gestaltet und zu ihrem Schutze mit einer wärmebeständigen Ummantelung
ausgebildet. Zur Regulierung der Temperatur der Meßspule kann eine Anordnung einer
mittels Kühlflüssigkeit oder Kühiluft wirkenden Kühleinrichtung vorgesehen sein.
-
Bei den bisherigen Versuchen und ersten Anwendungen derartiger Meßspulen
konnten bezüglich der Haltbarkeit der Spulenwicklung keine befriedigenden Ergebnisse
erzielt werden. Als wärmebeständige Ummantelungen werden bisher dickwandige massive
Keramiküberzüge verwendet, die zu einem Wärmestau mit gleichbleibend erhöhten Temperaturen
der Meßspule führen, da der Keramiküberzug nach dem Beenden eines Gießvorganges
als Speichermasse wirkt und ein sofortiges Abkühlen der Meßspule an der Luft behindert.
Dies hat zur Folge, daß die Meßspule diesen thermischen Belastungen nicht über längere
Zeiträume standhält. Im übrigen steigt beim Beginn der Gießvorgänge die Temperatur
der Meßspule zunächst nur träge, so daß ein Störfaktor für die temperaturabhängigen
Meßwerte während dieser Zeit gegeben ist.
-
Sofern auf die Ummantelung jedoch verzichtet wird, sind in kürzester
Zeit Ausfälle der Meßspule zu erwarten, da die auftretenden hohen Temperaturspitzen
beim Gießen die Isolierungen der Spulenwicklung zerstören.
-
Die Meßergebnisse, die mit den bisher verwendeten Meßspulen erzielt
werden konnten, sind aus verschiedenen Gründen fehlerbehaftet. In erster Linie ist
hierfür verantwortlich, daß Metallspritzer auf die Meßspule gelangen und dort haften
bleiben, wodurch Störeinflüsse in bezug auf die gemessene Feldstärke entstehen,
die sich nicht ausschalten lassen. Weiterhin sind keine praktischen Möglichkeiten
gegeben, die Meßspule mühelos mit ausreichender Genauigkeit, d.h. in vorgesehenem
Abstand und exakt horizontal zum Eingußtrichter einzustellen. Auch hierdurch entstehen
Störeinflüsse für die Messungen.
-
Es ist versucht worden, die hiermit aufgezeigten Nachteile durch eine
geänderte Vorrichtung zu überwinden, die in der DE-PS 32 45 832 im einzelnen beschrieben
ist. Hiernach sind zwei Meßspulen in einen etwa trichterförmigen Meßaufsatz integriert,
der vor Füllbeginn auf den eigentlichen Einfülltrichter der Gießform aufgesetzt
wird. Als Werkstoff für den die Meßspulen aufnehmenden trichterförmigen r Meßaufsatz
ist hierbei wiederum Keramikmaterial vorgesehen. Da die Haltbarkeit der Meßspulen,
insbesondere der Isolierung des Spulendrahtes weiterhin problematisch ist, ist vorgesehen,
die Meßspulen zur Unterseite hin bei abgenommenen Meßaufsatz auswechselbar auszuführen.
-
Angesichts der Tatsache, daß bei einem Ausfall der Meßspule ein derartiger
Spulenwechsel notwendigerweise zu 'einer längeren Unterbrechung der automatisierten
Produktionsvorgänge führen würde, müssen demnach in nachteiliger Weise stets mehrere
Meßaufsätze auf Lager gehalten werden. Die prinzipiellen Nachteile dieser Meßspulenvorrichtung
sind jedoch darin zu sehen, daß der Trichteraufsatz in besonderer Weise an die Form
des Eingießtrichters angepaßt sein muß und somit nicht für verschiedene Gießformen
verwendet werden kann. Da der Trichter darüberhinaus für jeden Gießvorgang aufgesetzt
und wieder abgenommen werden muß, ist die mögliche Frequenz der Gießvorgänge beschränkt.
Mit einem manuellen Aufsetzen und Abnehmen sind dabei erhebliche Gefahren verbunden,
da diese Vorgänge unterhalb des Gießbehälters stattfinden, während eine automatisierte
Handhabung
einen erheblichen, nicht zu rechtfertigenden Aufwand
fordert. Bei jedem Aufsetzen des Meßtrichters besteht schließlich zumindest bei
Sandguß die Gefahr, daß Teile der Gußform abbröckeln und zu Gußfehlern in Form von
Sandeinschlüssen im Gußteil führen. In der praktischen Anwendung ist somit in dieser
Weiterbildung keine Lösung für die eingangs aufgezeigten Probleme erkennbar.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßspulenvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die höhere Standzeiten ermöglicht und die
Gefahr einer Verfälschung der Meßergebnisse durch anhaftende Metallspritzer reduziert
oder ausschließt. Darüberhinaus soll durch weitere Ausbildungen die Möglichkeit
eines schnellen Auswechselns der Meßspule und eines erleichterten und genauen Einstellens
ihrer Position geschaffen werden. Hierbei soll eine einfache und kostengünstige
Bauweise sichergestellt werden, die einen Einsatz der Meßspule als Verbrauchsteil
oder Wegwerfteil zuläßt. Die oben genannten Nachteile bekannter Vorrichtungen sollen
dabei möglichst vermieden werden, wobei vor allem die vorteilhafte, berührungsfreie
Anordnung zum Eingußtrichter bzw. der Gießform gewahrt sein soll.
-
Die Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe ist durch eine Meßspulenvorrichtung
der eingangs genannten Art gegeben, die die Kombination der folgenden Merkmale aufweist:
a)
eine Spulenwicklung aus einem mit einer isolierenden Hülle ummantelten Draht b)
ein die Spulenwicklung umgebendes, stabiles ringförmiges Schutzrohr aus nichtmagnetischem
Material c) eine das Schutzrohr umgebende feuerfeste Ummantelung mit einer Spritzeisen
abweisenden Oberfläche und d) eine einstückig mit der Meßspule verbundene Steckeranordnung.
-
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, daß die Spulenwicklung
durch das Schutzrohr sowohl mechanisch geschützt und in ihrer Lage gehalten werden
kann als auch durch die dünnwandige Ummantelung einen ausreichenden Schutz gegen
die thermischen Belastungen erfährt. Ein müheloses und schnelles Auswechseln ist
durch die vorgesehene Steckeranordnung möglich, durch die auch die Voraussetzung
für eine günstige Verstellbarkeit der Meßspule geschaffen ist.
-
Nach einem bevorzugten Aufbau der Ummantelung des Schutzrohres ist
die Gefahr von Spannungsrissen in der feuerfesten Ummantelung vermieden, da die
faserige oder gewebeartige Trägerschicht in der Lage ist, den Querschnitts-und Durchmesseränderungen
des Schutzrohres elastisch nachzugeben, und das gleiche für die umhüllende und teilweise
die Trägerschicht durchtränkende dünnwandige Schutzschicht gilt, die mit dieser
innig verbunden ist. In der Tragerschicht vorhandene Luftanteile verbessern die
Isolierwirkung, während die dünnwandige Schutzschicht nur in geringem Maße als Speichermasse
wirken kann.
-
Diese Schutzschicht besteht in bevorzugter Ausführung aus einer zunächst
pastösen Masse aus einer Mischung aus Ton, Quarz und Graphit, die auf die Trägerschicht
aufgetragen wird und die sich nach einem Erwärmen verfestigt und die dann die Eigenschaft
hat, sehr hitzebeständig zu sein und durch ihre glatte Oberfläche metallische Spritzer
ohne weiteres abperlen zu lassen. Die bevorzugte Dicke <1er Schutzschicht beträgt
0,5 - 1,0 mm.
-
Die Trägerschicht kann aus Asbestfasern oder ähnlichem Material bestehen,
wobei aus diesem Material vorzugsweise textile Streifen oder runde Schnüre vorgefertigt
werden, mit denen das Schutzrohr umwickelt werden kann. Mit einem entsprechenden
Bindemittel versehen kann dieses Trägermaterial jedoch auch auf das Schutzrohr aufgestrichen
oder aufgespachtelt werden.
-
Als günstiges Material für das Schutzrohr selber kommt Kupfer in Frage;
hierbei erfolgt eine Bündelung bzw. Verstärkung der magnetischen Feldlinien. Die
Isolierung des Wicklungsdrahtes kann aus einem Silikonschlauch bestehen, der sehr
alterungsbeständig ist.
-
Mit in einer in dieser Weise aufgebauten Meßspulenvorrichtung sind
ohne weiteres erheblich verbesserte Standzeiten zu erzielen.
-
Mittel für eine praxisgerechte Ausgestaltung der Meßspulenvorrichtung,bei
der die Meßspule einstückig mit einer Stekkeranordnung verbunden ist, sind darin
zu sehen, daß ein Stecker über ein am Außenumfang des Schutzrohres eingeführtes
Kabel oder aber in unmittelbarer Anordnung am Außenumfang des Schutzrohres mit der
Meßspule verbunden sein kann.
-
Weitere günstige Ausgestaltungen bestehen darin, daß nicht nur die
elektrische Verbindung, sondern auch die mechanische Halterung der Meßspulenvorrichtung
für ein schnelles Auswechseln ausgebildet wird. Dies wird nach einer ersten Möglichkeit
dadurch sichergestellt, daß das Kabel in einem radial am ringförmigen Schutzrohr
angesetzten Halterungsrohr geführt ist, an dessen Ende der Stecker fest angeordnet
ist. Mit dem Herstellen der Steckerverbindung, die entsprechend zu sichern ist,
ist damit gleichzeitig die elektrische Kopplung und eine mechanische Fixierung der
Meßspulenvorrichtung bewerkstelligt.
-
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Steckerverbindung von
mechanischen Belastungen freizuhalten und für eine einfache mechanische Fixierung
verstellbare Halterungen vorzusehen, die die Meßspule an einer oder mehreren Stellen
unmittelbar tragen oder halten oder aber am Außenumfang des Schutzrohres drei metallische
Laschen oder Stifte anzuordnen, in die in einfacher Weise Haltestangen mit Sicherungsmitteln
an ihrem Ende gesteckt werden können bzw.
-
die in Klemmvorrichtungen am Ende von Haltestangen eingerastet werden
können. Die Haltestangen selber können am entgegengesetzten Ende zur Höhenverstellbarkeit
mit Gewinden versehen sein. Mit diesen Mitteln läßt sich eine genaue Fixierung der
Meßspule in waagerechter Lage leicht herstellen.
-
s Sofern eine Kühlung der Meßspule mit einem flüssigen oder gasförmigen
Medium vorgesehen ist, können entsprechende Zuführungsrohre und ggf. Ableitungsrohre
am Schutzrohr bevorzugt in ähnlicher Anordnung wie das Halterungsrohr angeordnet
werden, die an ihrem Ende mit Schraub- oder Schnellverbindungen für entsprechende
Schläuche versehen sein können. Diese Rohre können dabei auch die Aufgabe der Halterung
übernehmen. Bei einem gasförmigen Kühlmedium erscheint es darüberhinaus möglich,
die Abführung über am Umfang des Schutzrohres verteilte kurze radiale Stutzen vorzusehen,
die die feuerfeste Ummantelung um einiges durchdringen, wobei auch diese wiederum
der.Halterung dienen können.
-
Günstig ist auch eine Halterung, mittels derer die Meßspulenvorrichtung
schnell um etwa 900 in die Vertikale gesenkt werden kann, um einen besseren Zugang
zum Formkasten beispielsweise zum Auflegen von Beschwergewichten zu ermöglichen.
-
Nach einer bevorzugten Verfahrensweise wird vor jedem Gießvorgang
eine Kompensierung an der Erfassungs- und Auswerteeinheit vorgenommen, so daß Einflüsse
durch Beschwergewichte, übergelaufenes Eisen, unterschiedliche Formkasten und dergleichen
auf die Messung des Füllstandes im Eingießtrichter keinen Einfluß haben.
-
Die prinzipielle Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Meßspulenvorrichtung
sowie bevorzugte Ausführungsbeispiele sind den Zeichnungen zu entnehmen.
-
Fig. la zeigt ein Prinzipbild einer mit der erfindungsgemäßen Meßspulenvorrichtung
versehenen Gießvorrichtung Fig. 1b zeigt in perspektivischer Darstellung die Anordnung
der Meßspulenvorrichtung in bezug auf den Gießstrahl und den Eingießtrichter Fig.
2 zeigt eine Meßspulenvorrichtung im Querschnitt Fig. 3 zeigt eine Meßspulenvorrichtung
nach Fig. 2 in einer ersten Ausgestaltung in Draufsicht Fig. 4 zeigt eine Meßspulenvorrichtung
nach Fig. 2 in einer zweiten Ausgestaltung in Draufsicht Fig. 5a zeigt eine dritte
Ausführungsform einer Meßspulenvorrichtung mit einem Halterohr in Draufsicht
Fig.
5b zeigt ein Teil der Vorrichtung nach 5a in Ansicht Fig. 6a zeigt eine vierte Ausführungsform
einer Meßspulenvorrichtung in Draufsicht Fig. 6b zeigt die Vorrichtung nach Fig.
6a in Seitenansicht Fig. 7a zeigt eine fünfte Ausführungsform einer Meßspulenvorrichtung
in Draufsicht Fig. 7b zeigt die Vorrichtung nach Fig. 7a in Seitenansicht Fig. 7c
zeigt ein Detail der Vorrichtung nach Fig. 7a in radialer Ansicht.
-
In Fig. la ist ein Gießbehälter 1 gezeigt, der oberhalb eines Formkastens
6 angeordnet. Zwischen dem Gießbehälter 1 und dem Eingießtrichter 12 des Formkastens
ist eine Meßspule 4 mit einer Spulenwicklung 3 und einer Ummantelung 5 in horizontaler
Anordnung im Querschnitt dargestellt, die in beliebiger Weise fest aufgehängt ist.
Aus dem Gießbehälter 1 tritt der Gießstrahl 2 durch das Innere der ringförmigen
Meßspule 4 in den Eingießtrichter 12 ein. Sobald eine erste vorgegebene Füllstandhöhe
7 im Eingießtrichter überschritten ist, wird die Gießmenge verringert, sobald die
Füllstandshöhe 7 wieder unterschritten wird, wird die Gießmenge erhöht. übersteigt
der Füllstand nach dem vollständigen Ausfüllen der Gießform trotz Verringerung der
Gießmenge die vorgegebene Füllstandshöhe 8, so wird der
Gießvorgang
vollständig unterbrochen. Anstelle der vorgegebenen Füllstandshöhe 7 können auch
zwei Grenzwerte angenommen werden, zwischen denen die Stellung der Gießpfanne bzw.
die Lage des Ausgießstopfens unverändert bleibt.
-
Durch den metallischen Körper, den der teilweise gefüllte Eingießtrichter
12 darstellt, wird die magnetische Induktion im Bereich der Meßspule 4 verändert.
Uber eine Stekkeranordnung 9 werden die entsprechenden Meßwerte zu einer Erfassungs-und
Auswerteeinheit 10, z.B. einem elektronischen Mikroprozessor geleitet und dort ausgewertet.
Von diesem aus wird eine Steuereinheit 11 für Stellmotoren oder pneumatische oder
hydraulische Stellzylinder am Gießbehälter 1 beaufschlagt, die den Zustand am Gießbehälter
1 derart verändert, daß die Gießmenge vergrößert oder verringert wird.
-
In Fig. ib ist in perspektivischer Darstellung unter gleicher Bezifferung
wie in Fig. la die Zuordnung der Meßspulenvorrichtung zum Formkasten erkennbar.
-
In Fig. 2 ist die Meßspule 4 im Querschnitt erkennbar, wobei die Spulenwicklung
3 innerhalb eines Schutzrohres 13 angeordnet ist, das mit einer faserartigen Trägerschicht
14 umhüllt ist, die wiederum eine Schutzschicht 15 trägt.
-
Die einzelnen Windungen der Spulenwicklung 3 sind jeweils von einer
Isolierschicht umhüllt.
-
In Fig. 3 ist erkennbar, daß die Steckeranordnung 9 aus einem aus
dem Schutzrohr herausgeführten Kabel 16 und einem Stecker 17 besteht. Das Kabel
16 ist durch eine am Schutzrohr 13 angesetzte Hülse 20 durch die Ummantelung hindurchgeführt.
Der zweipolige Stecker 17 weist als Sicherungsmittel Schrauben 18 auf, die an einer
Grundplatte 19 gehalten sind. Grundsätzlich ist jedoch die Ausgestaltung des Steckers
beliebig.
-
In Fig. 4 ist ein Stecker 21 unmittelbar am Schutzrohr 13 befestigt,
wobei er teilweise von der Ummantelung 5 abgedeckt ist. Als Sicherungsmittel befinden
sich Muttern 22 an einer Grundplatte 23 des Steckers. Auch hier ist jede andere
Ausgestaltung des Steckers denkbar.
-
In Fig. 5 ist an der Meßspule 4 ein Halterohr 24 angeordnet, das das
Kabel 26 aufnimmt. Am- Ende des Halterohres 24 ist ein zweipoliger Stecker 25 fest
angeordnet, der als Sicherungsmittel Klemmbügel 28 aufweist, die über Scharniere
27 am Stecker befestigt sind. Hierdurch kann über die Steckeranordnung zugleich
die Halterung der Meßspule sichergestellt werden. Es sind auch andere als die dargestellten
Sicherungsmittel verwendbar.
-
In Fig. 6 ist eine Meßspule 4 gezeigt, die mit am Umfang verteilten
Laschen 29 mit jeweils einer Bohrung 30, durch die Haltestangen 31 gesteckt werden
können, über einen Schraubenkopf 32 oder eine Mutter die Meßspule halten. Ein
Gewinde
33 am Ende der Haltestange dient der Höhenverstellbarkeit der Meßspule. Die Vorrichtung
weist wiederum einen Kabelanschluß 34 auf.
-
In Fig. 7 treten anstelle der vorher genannten Laschen radiale Stifte
35, auf welche Haltestangen 37 mit einer Klemmvorrichtung 38 an ihrem Ende aufgeschoben
werden..
-
können. Die Haltestangen weisen ebenfalls ein Gewinde 39 an ihrem
anderen Ende auf, um eine Höhenverstellbarkeit der Meßspule zu ermöglichen.
-
Weitere Ausgestaltungen, die auch Kühlmittelanschlüsse umfassen, können
in ähnlicher Weise an Meßspulenvorrichtungen mit den erfindungsgemäßen Merkmalen
dargestellt werden.
-
Meßspulenvorrichtung Bezugszeichenliste 1 Gießbehälter 2 Gießstrahl
3 Spulenwicklung 4 Meßspule 5 Ummantelung 6 Formkasten 7 Füllstandshöhe (Mittel)
8 Füllstandshöhe (Maximum) 9 Steckeranordnung 10 Erfassungseinheit 11 Steuereinheit
12 Eingießtrichter 13 Schutzrohr 14 Trägerschicht 15 Schutzschicht 16 Kabel 17 Stecker
18 Schraube 19 Grundplatte 20 Hülse 21 Stecker 22 Mutter 23 Grundplatte 24 Halterohr
25 Stecker 26 Kabel 27 Scharnier 28 Klemmbügel 29 Lasche 30 Bohrung 31 Haltestange
32 Kopf 33 Gewinde 34 Kabel 35 Stift 36 37 Haltestange 38 Klemme 39 Gewinde
-
Leerseite -