DE3908199A1

DE3908199A1 - Vorrichtung zur identifizierung der erstarrungsfront einer schmelze

Info

Publication number: DE3908199A1
Application number: DE19893908199
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl Ing Mosch; Erwin Dipl Ing Wanetzky
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1989-03-14
Publication date: 1990-09-27
Also published as: GB2229274A; FR2644587A1; FR2644587B1; JPH02275348A; GB9003781D0; GB2229274B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Identifizie rung der Erstarrungsfront einer Schmelze beim Abziehen der abgegossenen keramischen Gießform aus dem die Gieß form zumindest teilweise umschließenden Heizer.

Es ist bekannt, daß die Schnelligkeit, mit der die Schmelze bei einem abgegossenen Gußteil abkühlt, einen wesentlichen Einfluß auf die Qualität des gegossenen Werkstücks hat.

Weiterhin ist bekannt, daß sich der magnetische Zustand eines Körpers in seiner Umgebung durch Kraft- und Induk tionswirkung bemerkbar macht, wobei der Magnetismus der Ionen und der Elektronen als der "primäre" Magnetismus bezeichnet werden kann. Der "sekundäre" Magnetismus ist demgegenüber durch Permeabilität, Koerzitivkraft, Rema nenz und Sättigung gekennzeichnet.

Der Paramagnetismus der Metalle nimmt in den Reihen der "Übergangselemente" mit steigender Ordnungszahl ständig zu. Die vorliegende Erfindung geht davon aus, daß die Metallschmelze und der erstarrte Block paramagnetisch sind, wobei sich der Magnetismus der Metalle sich aus dem Magnetismus der Ionen und dem überlagerten Anteil des Elektronengases zusammensetzt. Der Magnetismus des Elektronengases ist temperatur- und feldstärkeabhängig, und die die Ausrichtung der Elementarmagnete im magneti schen Feld ist mit einer Arbeit verbunden. In einem gekreuzten Magnetfeld ist es deshalb möglich, durch einen geeigneten Empfänger diese Umorientierung festzustellen. Dabei ist ein Unterschied zwischen der festen und der flüssigen Phase registrierbar.

Die abgegossene Gießform ist in den meisten Fällen nicht rotationssymmetrisch. Es sind z. B. Turbinenschaufeln, die in radialer wie in axialer Richtung komplexe Konturen und unterschiedliche Wandstärken aufweisen. Der Signal unterschied zwischen fest und flüssig ist daher um eini ges größer als die durch Formveränderung hervorgerufenen Störeinflüsse.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrun de, eine Vorrichtung zu schaffen, die geeignet ist, die Signalunterschiede für das kontrollierte Absenken der Gießform aus einem Heizer zu nutzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gießform von zwei im Innern des Heizers angeordneten Empfangsschleifen und einer polarisierenden Sendeschleife zumindest teilweise umschlossen ist, wobei die Induk tions- oder Empfangsschleifen mit einer elektrischen Aus werteschaltung zusammengeschaltet sind und die mit einem Sender verbundene polarisierende Sendeschleife ein Signal in die Gießform einstrahlt, deren Pegel die beiden Emp fangsschleifen detektieren, wobei die so gewonnenen Sig nale ein Maß für die Erstarrung der Schmelze in der Gieß form bilden, indem der Unterschied in der Induktivität zwischen geordneter, kristalliner und ungeordneter, flüssiger Metallmasse genutzt wird.

Vorzugsweise ist dabei die Gießform in ihrer Lage zum Heizer verschiebbar gehalten und geführt, beispielsweise auf einem lotrecht angeordneten und motorisch auf und ab bewegbaren Tragbolzen, wozu der Tragbolzen mit einer von einem Motor angetriebenen Getriebeeinheit zusammenwirkt und die Auswerteschaltung den Motor ansteuert und der Tragbolzen sich entsprechend dem Fortschreiten der Er starrungsfront der Schmelze in der Gießform abwärts bewegt.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Gießform in ihrer Lage zum Heizer ebenfalls verschiebbar gehalten und geführt, beispielsweise auf einem lotrecht angeordne ten und motorisch auf und ab bewegbaren Tragbolzen, wobei aber der Tragbolzen mit einem mit hydraulischem Druck be aufschlagbaren Hubzylinder zusammenwirkt, dessen hydrau lischer Druckgeber und/oder dessen hydraulische Ventile von der Auswerteschaltung in an sich bekannter Weise an steuerbar sind, so daß der Tragbolzen entsprechend dem Fortschreiten der Erstarrungsfront der Schmelze in der Gießform abwärts bewegbar ist.

Zweckmäßigerweise sind zwei in verschiedenen, einander parallelen Ebenen angeordnete, die Gießform mit Abstand ringförmig umschließende Empfänger oder Empfangsschleifen vorgesehen, die beide an die Auswerteschaltung ange schlossen sind, wobei die Auswerteschaltung einen Regel kreis und einen mit dem Antriebsmotor der Getriebeeinheit oder der Hydropumpe für den hydraulischen Hubzylinder verbundenen Verstärker umfaßt.

Die Anregungsfrequenz und der Strom für die Polarisa tionsantenne sind dazu über den hochfrequenten Rausch generator mit Rauschverstärker bzw. dem Sender einstell bar.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder Empfangs detektor als halbschalenförmige Empfangsschleife ausge bildet, von denen jede aus zwei halbkreisförmig gebogenen Drahtpartien besteht, die in verschiedenen, einander parallelen Ebenen übereinanderliegend und deckungsgleich angeordnet sind, wobei jeweils die beiden äußeren Enden eines Paares Drahtpartien durch sich lotrecht erstrecken de Drahtabschnitte miteinander verbunden sind und wobei jeweils eine der halbkreisförmig gebogenen Drahtpartien einer Empfangsschleife aufgetrennt ist und die dadurch gebildeten Enden die Anschlüsse für den Verstärker der Auswerteschaltung bilden.

Den beiden Empfangsschleifen gegenüberliegend ist eine polarisierende Sendeschleife angeordnet, deren Konfigura tion etwa derjenigen der Empfangsschleifen entspricht, wobei die Anschlüsse mit dem Sender über elektrische Leiter erfolgt.

Zweckmäßigerweise ist der mit der polarisierenden Sende schleife verbundene Sender aus einem Rauschverstärker und einem hochfrequenten Rauschgenerator gebildet.

Der Abstand, den jeweils zwei zu einer Sendeschleife oder einer Empfangsschleife gehörenden, halbkreisförmig gebo genen Drahtpartien zueinander aufweisen, ist - in Abhän gigkeit von der verwendeten Anregungsfrequenz - verschie den groß ausgebildet, wobei die beiden halbkreisförmig gebogenen Drahtpartien der Sendeschleife jeweils zwischen den Ebenen vorgesehen sind, in denen sich jeweils die äußeren halbkreisförmig gebogenen Drahtpartien der beiden Empfängerschleifen befinden.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmög lichkeiten zu; eine davon ist in den anhängenden Zeich nungen schematisch näher dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht einer Vorrichtung, wobei der Heizer mit den Heizelementen ebenso wie die Sende- und die Empfangsschleifen im Schnitt dargestellt sind,

Fig. 2 und 3 die Sende- und die Empfangsschleifen gemäß Fig. 1 in perspektivischer Ansicht und in zweierlei Ausführungsformen und

Fig. 4 das Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 3.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem auf einer Plattform oder Bühne 3 aufgestellten hohlzylindri schen Gehäuse 2 aus wärmeisolierendem Werkstoff, dessen Oberseite mit einem Deckel 1 verschlossen ist, aus zwei im Innern des Gehäuses 2 gehaltenen hohlzylindrischen Widerstandsheizelementen 7, 8, dem in einem nicht näher dargestellten Grundgestell 20 gehalten und geführten Tragbolzen 15 mit der auf diesem abgestützten Gießform 6, den beiden die Gießform 6 schalenförmig umschließenden Empfangsschleifen 4, 5, der die Gießform 6 ebenfalls umschließenden, den Empfangsschleifen 4, 5 gegenüber liegend angeordneten, polarisierenden Sendeschleife 13, dem Motor 16 mit Getriebeeinheit 17, der Auswerteschal tung mit Verstärker 9, Vergleicher 10 und Begrenzer 11 und schließlich dem Sender 14 mit Rauschverstärker 14 a und hochfrequenter Rauschgenerator 14 b.

Nach dem Abgießen der Gießform 6 wird diese vom Trag bolzen 15 in Pfeilrichtung A von unten her in das auf seiner Oberseite von einem Deckel 1 verschlossenen Ge häuse 2 eingefahren, was über den Motor 16 mit Getriebe einheit 17 erfolgen kann. Die Widerstandsheizungen 7, 8 sind bei dieser Gelegenheit eingeschaltet und tragen dafür Sorge, daß die Schmelze nicht zu rasch und zu unkontrolliert abkühlt.

Zur Abkühlung der Schmelze kann die Gießform 6 nun ent gegen der Pfeilrichtung A nach unten zu abgesenkt werden. Damit dies kontrolliert erfolgt, wird vom Sender 14 über die Sendeschleife 13 ein Signal in die Gießform 6 einge strahlt, das wiederum mit Hilfe der beiden Empfangs schleifen 4, 5 empfangen und in der Auswerteschaltung 9, 10, 11 verarbeitet und in einen entsprechenden Befehl für den Anlauf des Motors 16 und damit für das Absenken des Tragbolzens 15 mit Gießform 6 umgesetzt wird.

Das vorstehend beschriebene Sensorsystem hat also die Aufgabe, ein Signal für die Steuerung der Abzugseinrich tung zu liefern. Dieses Signal steuert die Abzugseinrich tung derart, daß stets eine ortsfeste Position der Flüssig-Fest-Phasengrenze gewährleistet ist.

Das Sensorsystem besteht aus in den Fig. 1 und 4 prinzipiell dargestellten Sende- und Empfangseinrichtun gen. Der Sendeteil ist ein hochfrequenter Rauschgenerator 14 b, der über einen Breitbandverstärker bzw. Rauschver stärker 14 a und eine polarisierende Sendeschleife 13 ein Signal in die Gießform 6 einstrahlt. Auf der gegenüber liegenden Seite der Gießform 6 befinden sich eine Liqui dus-Empfangsschleife 4 und eine Solidus-Empfangsschleife 5, die dieses Signal nach Durchlaufen des flüssigen bzw. festen Materials aufnehmen. Durch die geordnete Kristall struktur des Materials werden die empfangenen Signale durch die Eigenresonanz des Gitters verzerrt. Die Signale unterscheiden sich durch die Eigenresonanzen des Kri stallgitters. Die empfangenen Signale werden miteinander korreliert. Die Phasengrenze ist geortet, wenn das korre lierte Signal den Maximalwert erreicht. Eine Verschiebung der Phasengrenze sowohl in Richtung der Liquidusschleife 4 als auch der Solidusschleife 5 verringert das Nutz signal.

Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, kann die Sendeschleife 13 gegenüber den beiden Empfangsschleifen 4, 5 verschieden groß ausgebildet sein; so kann der Abstand L der beiden halbkreisförmig gebogenen Drahtpartien größer bemessen sein als der Abstand l ₁ bzw. l ₂, die die halbkreisförmig gebogenen Drahtpartien jeweils einer Empfängerschleife 4 bzw. 5 voneinander aufweisen.

Auflistung der Einzelteile

1 Deckel
2 Gehäuse
3 Plattform, Bühne
4 Induktionsschleife, Empfangsschleife, Liquidus
5 Induktionsschleife, Empfangsschleife, Solidus
6 Gießform
7 Heizer, Widerstandsheizelement
8 Heizer, Widerstandsheizelement
9 Verstärker
10 Vergleicher
11 Begrenzer
13 Polarisationsantenne
polarisierende Sendeschleife
14 Sender
14 a Breitbandverstärker
14 b hochfrequenter Rauschgenerator
15 Tragbolzen
16 Motor
17 Getriebeeinheit
18 a elektrischer Leiter
18 b elektrischer Leiter
19 elektrischer Leiter
20 Grundgestell

Claims

1. Vorrichtung zur Identifizierung der Erstarrungsfront der Schmelze beim Abziehen der abgegossenen kerami schen Gießform (6) aus dem die Gießform (6) zumin dest teilweise umschließenden Heizer (7, 8), dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (6) von zwei im Innern des Heizers (7, 8) angeordneten Empfangs schleifen (4, 5) und einer polarisierenden Sende schleife (13) zumindest teilweise umschlossen ist, wobei die Induktions- oder Empfangsschleifen (4, 5) mit einer elektrischen Auswerteschaltung (9, 10, 11) zusammengeschaltet sind und die mit einem Sender (14) verbundene polarisierende Sendeschleife (13) ein Signal in die Gießform (6) einstrahlt, deren Pegel die Empfangsschleifen (4, 5) detektieren, wo bei die so gewonnenen Signale ein Maß für die Er starrung der Schmelze in der Gießform (6) bilden, indem der Unterschied in der Induktivität zwischen geordneter, kristalliner und ungeordneter, flüssiger Metallmasse genutzt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (6) in ihrer Lage zum Heizer (7, 8) verschiebbar gehalten und geführt ist, beispielswei se auf einem lotrecht angeordneten und motorisch auf und ab bewegbaren Tragbolzen (15) aufsitzt, wozu der Tragbolzen (15) mit einer von einem Motor (16) ange triebenen Getriebeeinheit (17) zusammenwirkt und die Auswerteschaltung (9, 10, 11) den Motor (16) ansteu ert und der Tragbolzen (15) sich entsprechend dem Fortschreiten der Erstarrungsfront der Schmelze in der Gießform (6) abwärts bewegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (6) in ihrer Lage zum Heizer (7, 8) verschiebbar gehalten und geführt ist, beispielswei se auf einem lotrecht angeordneten und motorisch auf und ab bewegbaren Tragbolzen (15), wobei der Trag bolzen (15) mit einem mit hydraulischem Druck beauf schlagbaren Hubzylinder zusammenwirkt, dessen hy draulischer Druckgeber und/oder dessen hydraulische Ventile von der Auswerteschaltung (9, 10, 11) an steuerbar sind, so daß der Tragbolzen (15) entspre chend dem Fortschreiten der Erstarrungsfront der Schmelze in der Gießform (6) abwärts bewegbar ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 1 und 3, gekennzeichnet durch zwei in verschiedenen, ein ander parallelen Ebenen angeordnete, die Gießform (6) mit Abstand ringförmig umschließende Empfänger oder Empfangsschleifen (4, 5), die beide an die Aus werteschaltung (9, 10, 11) angeschlossen sind, wobei die Auswerteschaltung (9, 10, 11) einen Regelkreis und einen mit dem Antriebsmotor (16) der Getriebe einheit (17) oder der Hydropumpe für den hydrauli schen Hubzylinder verbundenen Verstärker umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsfrequenz und der Strom für die Polarisa tionsantenne (13) über den hochfrequenten Rausch generator oder Sender (18) einstellbar sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Empfangsdetektor als halbschalenförmige Empfangsschleife (4, 5) ausgebildet ist, von denen jede aus zwei halbkreisförmig gebogenen Drahtpartien (4′, 4′′ bzw. 5′, 5′′) besteht, die in verschiedenen, einander parallelen Ebenen übereinanderliegend und deckungsgleich angeordnet sind, wobei jeweils die beiden äußeren Enden eines Paares Drahtpartien (4′, 4′′ bzw. 5′, 5′′) durch sich lotrecht erstreckende Drahtabschnitte (4 a, 4 b bzw. 5 a, 5 b) miteinander verbunden sind und wobei jeweils eine der halb kreisförmig gebogenen Drahtpartien (4′ bzw. 5′) einer Empfangsschleife (4 bzw. 5) aufgetrennt ist und die dadurch gebildeten Enden (4 c, 4 d bzw. 5 c, 5 d) die Anschlüsse für den Verstärker (9) der Aus werteschaltung (9, 10, 11) bilden.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Empfangsschleifen (4, 5) gegenüberliegend eine polarisierende Sendeschleife (13) angeordnet ist, deren Konfiguration etwa derjenigen der Emp fangsschleifen (4, 5) entspricht, wobei die An schlüsse (13 c, 13 d) mit dem Sender (14) über elek trische Leiter (19) erfolgt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der polarisierenden Sendeschleife (13) verbun dene Sender (14) aus einem Rauschverstärker (14 a) und einem hochfrequenten Rauschgenerator (14 b) gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (l ₁ l ₂ bzw. L), den jeweils zwei zu einer Sendeschleife (13) oder einer Empfangsschleife (4 bzw. 5) gehörenden halbkreisförmig gebogenen Draht partien zueinander aufweisen, verschieden groß ausgebildet ist, wobei die beiden halbkreisförmig gebogenen Drahtpartien der Sendeschleife jeweils zwischen den Ebenen vorgesehen sind, in denen sich jeweils die äußeren halbkreisförmig gebogenen Drahtpartien der Empfängerschleifen (4 bzw. 5) befinden.