DE4139743A1 - Dosiervorrichtung fuer nichteisen-metallschmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung für Nichteisen-Metallschmelzen und ein Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelzevolumens. Solche Dosiervorrichtungen werden in der Gießereitechnik beim Abgießen von Gußformen benutzt, damit diesen ohne über­ flüssigen Materialverlust die erforderliche Schmelze zugeführt wird. Dabei erfordern insbesondere Druckgieß­ maschinen ein genau definiertes Schmelzevolumen bei genau bekannter Temperatur.

Eine Dosiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 ist aus der DE-PS 20 22 989 bekannt. Bei der bekannten Dosiervorrichtung wird ein in einer Warmhal­ tewanne eines Gehäuses befindliches Schmelzebad mit einem druckdichten Gehäusedeckel abgedichtet. Ein Steigrohr, das aus dem Gehäuse herausführt, ist so an­ geordnet, daß sein unteres Ende in das Schmelzebad ein­ taucht. Mittels Druckgas kann über dem Schmelzebad ein Druckpolster erzeugt werden, um die Schmelze in genau bemessener Menge aus der Dosiervorrichtung zu fördern.

Bei der bekannten Vorrichtung wird das abgegebene Schmelzevolumen anhand der Fließzeit der Schmelze durch das Steigrohr ermittelt. Das Druckgas drückt die Schmelze in das Steigrohr, das an seinem oberen Ende nur dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist. Die Schmelze steigt im Steigrohr und tritt aus diesem aus, solange das Druckpolster ausreichend hoch ist. Das abgegebene Schmelzevolumen hängt dabei neben der Fließzeit auch von der Fließgeschwindigkeit der Schmelze in dem Steig­ rohr und damit mittelbar von dem Förderdruck ab. Der Förderdruck ist der Druck, der - nach Abzug der im Steigrohr zu überwindenden Förderhöhe und dem außen wirkenden Atmosphärendruck - die Beschleunigung der Schmelze bewirkt. Der Druck wird solange aufrechter­ halten, bis eine nach Erfahrungswerten eingestellte Zeitspanne verstrichen ist, in der das gewünschte Schmelzevolumen ausgelaufen ist. Anschließend wird der Druck abgelassen, so daß keine weitere Schmelze durch das Steigrohr gefördert wird.

Nachteilig bei der bekannten Dosiervorrichtung ist, daß sehr große Druckgasmengen erforderlich sind, um in dem großen Raum über dem Schmelzebad den erforderlichen Förderdruck aufzubauen. Die große Druckgasmenge erfor­ dert lange Druckaufbauzeiten, die ihrerseits zu im Mittel geringen Fließgeschwindigkeiten und großen Unge­ nauigkeiten führen. Ferner ändert sich die zuzuführende Druckgasmenge in Abhängigkeit von der variierenden Höhe des Schmelzespiegels.

Die Bestimmung des abgegebenen Schmelzevolumen erfolgt nur über anhand von Erfahrungswerten ermittelte Fließ­ zeiten, so daß durch Fließgeschwindigkeitsschwankungen der Schmelze bedingte Ungenauigkeiten nicht berücksich­ tigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosier­ vorrichtung für Nichteisen-Metallschmelzen zur Verfü­ gung zu stellen, die eine genaue Dosierung des Schmel­ zevolumens ermöglicht. Ferner ist ein Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelzevolumens zur Ver­ fügung zu stellen, das eine genaue Dosierung mit einer Vorrichtung ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 24.

Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung weist eine separate Dosierkammer auf, die durch einen Verbindungs­ kanal mit dem Bodenbereich der Warmhaltewanne verbunden ist. Die Dosierkammer ist von der Warmhaltewanne ge­ trennt und gegenüber der Umgebung abgedichtet. Zum Aus­ treiben der Schmelze wird nur in der Dosierkammer ein Druckpolster erzeugt, während der Druck über der Warm­ haltewanne konstant bleibt. Nach jedem Fördervorgang wird die Dosierkammer drucklos gemacht und dadurch Schmelze aus der Warmhaltewanne heraus nach dem Prinzip kommunizierender Gefäße nachgefüllt. Da eine von der Warmhaltewanne separate Dosierkammer vorgesehen ist, ist das Dosierkammervolumen so wählbar, daß es wesent­ lich kleiner ist als das Füllvolumen der Warmhalte­ wanne. Zur Erzeugung des Druckpolsters in der Dosier­ kammer ist dementsprechend nur eine geringe Druckgas­ menge erforderlich, die unabhängig vom jeweiligen Füll­ stand in der Warmhaltewanne nahezu unverändert ist. Dadurch ist die Genauigkeit des abgegebenen Schmelze­ volumens erhöht.

Die Warmhaltewanne stellt die zur Auffüllung der Dosierkanmer erforderliche Schmelze zur Verfügung. Da über dem Schmelzebad in der Warmhaltewanne kein Druck erzeugt werden muß, kann die Warmhaltewanne mit einem großen Volumen ausgeführt sein. Es ist auch ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß es möglich ist, ohne Unterbrechung des Dosierens zusätzliche Schmelze in die Warmhaltewanne nachzufüllen. Zum Nachfüllen von Schmelze muß die Dosiervorrichtung daher nicht still­ gesetzt werden.

Das Volumen der Dosierkammer ist vorzugsweise nur zwei- bis viermal so groß wie das maximal dosierbare Schmel­ zevolumen. Dadurch ist die zum Aufbau des Drucks über der Schmelze erforderliche Druckgasmenge gering, so daß sehr große und konstante Druckaufbaugeschwindigkeiten erreicht werden können. Entsprechend den hohen Druck­ aufbaugeschwindigkeiten sind kurze Dosierzeiten mög­ lich. Dadurch können Formen in kürzerer Zeit abgegossen werden, so daß sowohl eine Qualitätssteigerung bei den Gußstücken als auch eine Steigerung bei der Anzahl der Dosiervorgänge je vorgegebenem Zeitabschnitt möglich ist. Das große Volumen der Warmhaltewanne, das vorzugs­ weise mindestens das 20-fache des Volumens der Dosier­ kanmer beträgt, erlaubt es, eine Vielzahl aufeinander­ folgender Dosiervorgänge durchzuführen, ohne neue Schmelze in die Warmhaltewanne nachzufüllen. Da über der Warmhaltewanne kein Druckpolster erforderlich ist, kann diese aber auch klein ausgeführt sein und konti­ nuierlich mit neuer Schmelze befüllt werden.

Der Druckaufbau in der Dosierkammer wird mittels einer Drucksteuereinrichtung gesteuert. Diese ist mit Sen­ soren, die den Druck in der Dosierkammer ermitteln, mit einer Uhr und mit Eingängen für Steuersignale verbun­ den. Die Drucksteuereinrichtung steuert ein Druckein­ laßventil.

Wenn der Verbindungskanal mit Abstand über dem tiefsten Punkt der Dosierkammer in diese mündet und das untere Steigrohrende unterhalb dieser Mündungsstelle liegt, ist es möglich, durch Aufbringen eines Vordrucks in der Dosierkammer die Schmelze in der Dosierkammer von der Schmelze in der Warmhaltewanne zu trennen. Der Vordruck ist zweckmäßigerweise so bemessen, daß durch ihn der Pegel der Schmelze in dem Steigrohr immer bis auf die gleiche Höhe angehoben wird. Von diesem definierten Zu­ stand ausgehend können die einzelnen Dosiervorgänge mit unveränderter Druckgasmenge durchgeführt werden.

Der Vordruck in der Dosierkammer hängt von dem Füll­ stand der Warmhaltewanne ab. Je niedriger dieser Füll­ stand ist, desto höher muß der Vordruck sein, mit dem gleichzeitig der Pegel in der Dosierkammer um einen Wert abgesenkt und in dem Steigrohr um den gleichen Wert angehoben wird. Der erforderliche Vordruck kann unter Berücksichtigung des Füllstandes der Warmhalte­ wanne errechnet werden. Dabei kann der Füllstand der Warmhaltewanne durch Wiegen der in der Dosiervorrich­ tung enthaltenen Schmelze mittels einer Wiegezelle be­ stimmt werden. Es ist aber auch möglich, mittels geeig­ neter Sensoren oder Elektroden den Füllstand in der Warmhaltewanne zu messen und anhand dieses Füllstands den Vordruck einzustellen.

Um die Schmelzen in der Warmhaltewanne und in der Dosierkammer zu trennen und so einen definierten Zu­ stand zu erhalten, ist es möglich, zwischen den Kam­ mern, d. h. der Warmhaltewanne und der Dosierkammer, Schieber, Stopfen, Drehverschlüsse oder ähnliche Elemente vorzusehen.

Um Druckschwankungen durch Druckgasaustritt aus dem Verbindungskanal in die Warmhaltewanne zu verhindern, ist die vertikale Erstreckung des Verbindungskanals größer als die des Steigrohres.

Zum Nachfüllen von Schmelze in die Dosierkammer ist es erforderlich, daß der Pegel der Schmelze in der Warm­ haltewanne immer oberhalb der Unterkante des oberen Endes des Verbindungskanals liegt (minimaler Füll­ stand). Damit zum Erreichen dieses Pegels nur ein geringes Schmelzevolumen erforderlich ist, ist die Warmhaltewanne zweckmäßigerweise trichterförmig, zu ihrem Boden hin zusammenlaufend, ausgeführt.

Die Warmhaltewanne, die vorzugsweise ständig dem Atmo­ sphärendruck ausgesetzt ist, kann zum Luftaustausch mit der Umgebung verbunden sein. Dadurch ist es möglich, in der Warmhaltewanne eine Verbrennungsheizung vorzusehen. Vorzugsweise ist jedoch eine Elektroheizung (Wider­ stands- oder Induktionsheizung) vorzusehen.

Damit die Dosiervorrichtung bei einem Legierungswechsel leicht entleert werden kann, verläuft der Boden der Dosierkammer mit einem Neigungswinkel a zur Horizon­ talen, der kleiner ist als der Neigungswinkel b des Bodens der Warmhaltewanne. Die Dosiervorrichtung ist um einen Kippwinkel kippbar gelagert, der größer ist als der Neigungswinkel des Bodens der Warmhaltewanne. Zu­ sätzlich kann die Warmhaltewanne auf der der Dosier­ kammer abgewandten Seite eine Überlaufkante aufweisen, so daß die Schmelze ohne Beschädigung der Dosiervor­ richtung aus dieser bei einem Legierungswechsel voll­ ständig entnommen werden kann.

Bei einem ersten Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelzevolumens wird Schmelze - durch die Erzeu­ gung eines Druckgaspolsters über der Schmelze - durch das Steigrohr gefördert. Die Steuerung erfolgt mit der Drucksteuereinrichtung, die das Druckeinlaßventil steuert. Dabei wird das abgegebene Schmelzevolumen von der Zeitdauer bestimmt, während der das Druckpolster aufrecht erhalten wird. Während dieser Zeitdauer wird nach dem Druckaufbau die Summe aus Steigungsdruck und Förderdruck von der Drucksteuereinrichtung konstant gehalten. Durch die Trennung der Schmelzen in der Warm­ haltewanne und in der Dosierkammer, die anstelle des Vordrucks auch mittels eines Schiebers oder ähnlicher Elemente erfolgen kann, und die Vordruckregelung werden die Voraussetzungen für eine konstante Druckaufbauge­ schwindigkeit für die Summe aus Steigungsdruck und För­ derdruck geschaffen. Dabei ist zum Druckaufbau der Summe aus Steigungsdruck und Förderdruck immer die gleiche Luftmenge erforderlich.

Von der Drucksteuereinrichtung wird der tatsächliche Förderdruck mit dem Förderdrucksollwert verglichen und die Förderdruckhöhe geregelt.

Es ist ein Vorteil, daß durch die gleiche Luftmenge die Funktion der die Ventile steuernden Drucksteuerein­ richtung (Regler) verbessert wird.

In dem zweiten bevorzugten Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelzevolumens wird, um den Einfluß der Fließgeschwindigkeit der Schmelze in dem Steigrohr zu berücksichtigen, erfindungsgemäß ab dem Austritt der Schmelze ein von dem Druck in der Dosierkammer abhän­ giges Zeitintegral gebildet. Dieses Zeitintegral dient als Vergleichsgröße für das abgegebene Schmelzevolumen.

In einer Kalibrierphase werden für die aus dem Druck in der Dosierkammer gebildeten Zeitintegrale Schmelzevo­ lumina ermittelt und gespeichert. Anhand der gespei­ cherten Werte wird für ein gewünschtes Schmelzevolumen ein entsprechender Sollwert ausgewählt. Während einer Betriebsphase, in der zur Förderung der Schmelze in der Dosierkammer ein Druckpolster erzeugt wird, wird ein druckabhängiges Zeitintegral gebildet, und der Druck wird abgelassen, wenn dieses Zeitintegral den ausge­ wählten Sollwert erreicht hat.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Zeichnung im Zusammenhang mit der Be­ schreibung.

Es zeigen:

Fig. 1 die Dosiervorrichtung in einem Längsschnitt mit einem zwischen Dosierkammer und Warmhaltewanne ausgeglichenen Schmelzepegel,

Fig. 2 die Dosiervorrichtung gemäß Fig. 1 bei einem in der Dosierkammer aufgebauten Vordruck,

Fig. 3 die Dosiervorrichtung während der Abgabe eines Schmelzevolumens,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Dosiervorrichtung gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1 und

Fig. 5 ein Druck-Zeitdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren.

Die Dosiervorrichtung 10 für Nichteisen-Metallschmelzen 12 weist ein Gehäuse 14 auf, das auf einem höhenver­ stellbaren Scherengestell 16 um eine Kippachse 18 kipp­ bar gelagert ist. In einem Längsschnitt, der im wesent­ lichen senkrecht zu der Kippachse 18 verläuft, liegen eine Warmhaltewanne 20 und eine Dosierkammer 22 neben­ einander. An dem einen Ende der Warmhaltewanne 20 be­ findet sich eine Auslaufkante 24 und die Dosierkammer 22 ist auf der entgegengesetzten Seite der Warmhalte­ wanne 20 angeordnet.

Die Warmhaltewanne 20 hat Trichterform und verjüngt sich zum Bodenbereich 26 hin. Im Längsschnitt verläuft der Boden 28 der Warmhaltewanne 20 vom Bodenbereich 26 bis zur Auslaufkante 24 unter einem Winkel b zur Hori­ zontalen 30.

Oberhalb der Warmhaltewanne 20 ist in dem Gehäuse 14 eine Heizung 32 angeordnet, mit der die in die Warm­ haltewanne 20 eingefüllte Schmelze 12 beheizbar ist. Um Wärmeverlusten der Schmelze 12 vorzubeugen, ist die Warmhaltewanne 20 mit einer zweigeteilten Abdeckhaube 34 versehen, wobei das Teil 36 einzeln oder gemeinsam mit dem Teil 38 hochklappbar ist.

Auch die Dosierkammer 22 weist eine Trichterform mit einer Bodenschräge auf, wobei der Neigungswinkel a des Bodens 40 der Dosierkammer 22 kleiner ist, als der Neigungswinkel b des Bodens 28 der Warmhaltewanne 20. Die Dosierkammer 22 liegt etwa in Höhe des Schmelze­ spiegels 21 der Warmhaltewanne 20 und ihre Tiefe ist geringer als diejenige der Warmhaltewanne 20. Das Volumen der Dosierkammer 22 beträgt nur einen Bruchteil des Volumens der Warmhaltewanne 20.

Die Dosierkammer 22 ist wie die Warmhaltewanne 20 aus hitzebeständigem bzw. feuerfestem Material hergestellt oder mit einem solchen Material ausgekleidet und mit einem druckdichten Deckel 42 versehen, der Durchbrüche 44 zur Aufnahme einer Druckgasleitung 46 und eines Steigrohres 48 aufweist.

Die Warmhaltewanne 20 und die Dosierkammer 22 sind über einen Verbindungskanal 50 verbunden. Der Verbindungs­ kanal 50 steigt vom dem Bodenbereich 26 der Warmhalte­ wanne 20 bis in die Dosierkammer 22 an und mündet dort mit Abstand über dem tiefsten Punkt der Dosierkammer 22. Der Verbindungskanal 50 hat ein Volumen, das gegen­ über dem Volumen der Dosierkammer 22 vernachlässigbar klein ist.

Das Steigrohr 48 ragt durch den Deckel 42 hindurch nach unten in die Dosierkammer 22 und endet unterhalb des Schmelzespiegels 23 und der Unterkante 51 des oberen Endes des Verbindungskanals 50. Das obere Ende des Steigrohrs 48 ist durch die Ablaufkante 61 bestimmt. Die vertikale Erstreckung V₁ des Steigrohres 48 ist kürzer als die vertikale Erstreckung V₂ des Verbin­ dungskanals 50. Da der Querschnitt des Steigrohres 48 die Fließgeschwindigkeit der Schmelze 12 mitbestimmt, ist es als austauschbarer Einsatz ausgeführt. Eine Ab­ laufrinne 52, über die die Schmelze 12 abfließt, ist an das Steigrohr 48 angesetzt. Eine Elektrodenanordnung 54 ragt in den oberen Endbereich des Steigrohrs 48 genau auf Ablaufkantenhöhe 61 hinein, um den Austritt der Schmelze 12 aus dem Steigrohr 48 beim Übertritt zur Ablaufrinne 52 zu erkennen. Eine das Steigrohr 48 bereichsweise beheizende Heizung verhindert das Ab­ kühlen der im Steigrohr 48 befindlichen Schmelze. Ein ebenfalls am Steigrohr 48 angeordneter Temperaturfühler dient der Überwachung der Temperatur der Schmelze.

Die Druckgasleitung 46 ist über ein Druckeinlaßventil 56 mit variablem Durchflußquerschnitt mit einer Druck­ gasquelle verbunden. Außerdem weist die Druckgasleitung 46 ein Druckauslaßventil 58 auf, über das die Dosier­ kammer 22 drucklos gemacht werden kann. Das Druckaus­ laßventil 58 kann von der Drucksteuereinrichtung ge­ steuert werden. Mittels einer gewünschten Leckage, durch die Luft aus der Dosierkammer 22 austritt, wird der Erwärmung der Luft Rechnung getragen und außerdem die Funktion der Drucksteuereinrichtung und des Druck­ einlaßventils 56 verbessert.

An der Unterseite des Gehäuses 14 der Dosiervorrichtung 10 ist eine Wiegezelle 60 angeordnet. Mit dieser Wiege­ zelle 60 kann das Gewicht der in die Dosiervorrichtung 10 eingefüllten Schmelze 12 bestimmt werden. Aus dem Gewicht der Schmelze 12 und der Kontur der Warmhalte­ wanne 20 und der Dosierkammer 22 ist damit der Füll­ stand in der Dosiervorrichtung 10 bestimmbar.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Nach dem Einfüllen der Schmelze 12 sind gemäß Fig. 1 die Schmelzepegel 21 und 23 in der Warmhaltewanne 20 und in der Dosierkammer 22 gleich hoch, da beide dem gleichen Druck ausgesetzt und durch den Verbindungs­ kanal 50 verbunden sind. Nach dem Schließen des Druck­ auslaßventils 58 wird in der Dosierkammer 22 durch Öffnen des Druckeinlaßventils 56 ein Vordruck erzeugt, der die Schmelze im Steigrohr 48 immer auf die gleiche Höhe (h₂) anhebt (Fig. 2). Der Vordruck senkt den Pegel 23 in der Dosierkammer 22 ab, bis er mindestens unter die Unterkante 51 des oberen Endes des Verbindungs­ kanals 50 abgesunken ist. Dadurch wird die Verbindung der Schmelze 12 in der Warmhaltewanne 20 und der Do­ sierkammer 22 durch den Verbindungskanal 50 unter­ brochen. Gleichzeitig mit dem Absenken des Pegels 23 um einen Wert steigt die Schmelze 12 in dem Steigrohr 48 um den gleichen Wert von Schmelzepegel 21 gemessen. Bei weiterer Druckerhöhung um den Steigungsdruck steigt sie in dem Steigrohr 48 weiter an (Fig. 3), bis sie an der Ablaufkante 61 das obere Ende des Steigrohres 48 er­ reicht.

Um die Schmelze 12 aus der Dosiervorrichtung 10 zu för­ dern, wird gemäß Fig. 3 eine Druckerhöhung durchgeführt um den Förderdruck für die Beschleunigung der Schmelze 12 zu erzeugen. Die Schmelze 12 fließt mit einer aus dem Förderdruck resultierenden Fließgeschwindigkeit solange durch das Steigrohr 48, bis nach einer vorge­ gebenen Zeit der Druck in der Dosierkammer 22 abgelas­ sen und diese drucklos gemacht wird. Dadurch wird der Fluß der Schmelze 12 durch das Steigrohr 48 beendet und aus der Warmhaltewanne 20 fließt Schmelze 12 in die Dosierkammer 22 nach und füllt diese auf, bis die Schmelzepegel 21 und 23 gleich hoch sind. Nach einem erneutem Vordruckaufbau ist die Dosiervorrichtung 10 für weitere Dosiervorgänge bereit.

Der Zusammenhang zwischen dem Vordruck und dem Füll­ stand der Schmelze 12 in der Dosiervorrichtung 10 ist aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich. Die Höhe h₁ ist die Höhe des Schmelzepegels 21 in der Warmhaltewanne 20 über der Unterkante 51 des oberen Endes des Verbin­ dungskanal 50 bei druckloser Dosierkammer. Da das Volumen der Schmelze, die beim Aufbau des Vordrucks in die Warmhaltewanne 20 zurückgedrängt wird, gegenüber dem Volumen in der Warmhaltewanne 20 vernachlässigbar klein ist, bleibt der Pegel 21 während eines Dosier­ vorgangs nahezu unverändert. Durch das Hin- und Her­ strömen der Schmelze aus der Warmhaltewanne 20 in die Dosierkammer 22 und zurück ohne Luftkontakt wird er­ reicht, daß die Schmelze in der Dosierkammer 22 stets heiß ist. Dadurch wird auch ein Wärmeaustausch zwischen Warmhaltewanne 20 und Dosierkammer 22 erreicht. Die Höhe h₂ ist durch den Pegel der Schmelze im Steigrohr 48 bei aufgebautem Vordruck bestimmt und unterhalb der Ablaufkante 61 immer gleich hoch.

Der minimale Druck in der Dosierkammer 22 während des Austritts der Schmelze 12 ist durch den Steigungsdruck P_S bestimmt, der zusätzlich zu dem nach dem Füllstand variablen Vordruck P_Vor aufgebracht wird und der immer konstant ist. Beim Förderende muß der Druck in der Dosierkammer zur Überwindung der Höhe im Steigrohr 48 größer sein als der hydrostatische Druck der Schmelze­ säule mit der Höhe h₃ im Steigrohr 48. Dem Druck in der Dosierkammer 22 entsprechend wird die Schmelze 12 in dem Verbindungskanal 50 zurückgedrängt, wobei der Niveauunterschied der Pegel in der Warmhaltewanne 20 und in dem Verbindungskanal 50 die Höhe h₄ annimmt. Der maximale Druck in der Dosierkammer hängt daher von der vertikalen Erstreckung V₂ des Verbindungskanals 50 und dem Füllstand ab. Die vertikale Erstreckung V₂ muß soviel größer sein als die vertikale Erstreckung V₁, daß der Niveauunterschied zwischen Warmhaltewanne 20 und dem Verbindungskanal 50, der bei minimalem Füll­ stand die Erstreckung V₂ ist, den Druckaufbau des För­ derdrucks erlaubt.

Der kleinste Füllstand in der Dosiervorrichtung 10 im drucklosen Zustand, bei dem die Dosiervorrichtung 10 funktionstüchtig ist, ergibt sich durch die Unterkante 51 des oberen Endes des Verbindungskanals 50, da der Schmelzepegel 21 immer oberhalb dieser Unterkante 51 liegen muß, um bei Druckausgleich ein Überströmen von Schmelze 12 über diese Unterkante 51 zu ermöglichen.

Anhand von Fig. 5 werden der zeitliche Ablauf eines Dosiervorgangs und die Bestimmung des Dosierendes er­ läutert. Dabei ist in dem Diagramn der Druck über der Zeit aufgetragen.

Im Zeitpunkt t_A des Beginns des Druckaufbaus sind Warm­ haltewanne 20 und Dosierkammer 22 dem Atmosphärendruck P_Atm ausgesetzt. Nach dem Schließen des Druckauslaß­ ventils 58 und dem Öffnen des Druckeinlaßventils 56 wird in der Dosierkammer 22 eine Druckerhöhung um den Vordruck P_Vor durchgeführt. Die Höhe des variablen Vordrucks P_Vor richtet sich nach dem Füllstand der Warmhaltewanne 20, so daß auch das Zeitintervall t_Vor′ in dem der Vordruck aufgebaut wird, je nach Füllstand der Warmhaltewanne 20 verschieden lang ist. Damit die Schmelze 12 Gelegenheit hat, in die Warmhaltewanne 20 zurückzufließen, wird der Vordruck P_Vor eine Weile auf konstantem Niveau gehalten. Ab dem Zeitpunkt t_B ist die Dosiervorrichtung abgabebereit und kann auf einen Startbefehl, z. B. den Startbefehl einer Druckgießma­ schine, fördern. Anschließend erfolgt zum Zeitpunkt t₁ durch die Zufuhr weiteren Druckgases eine Druckerhöhung um den konstanten Steigungsdruck P_S, bis in dem Zeit­ punkt t₂ die Schmelze am oberen Ende des Steigrohres angelangt ist. In diesem Zeitpunkt t₂ beginnt die Ab­ gabe der Schmelze 12. Zusätzlich zu dem in der Dosier­ kammer 22 herrschenden Druck, der sich aus den Druck­ anteilen Atmosphärendruck P_Atm, Vordruck P_Vor und Steigungsdruck P_S zusammensetzt, wird mit der gleichen Druckaufbaugeschwindigkeit wie für den Aufbau des Steigungsdrucks P_S der Förderdruck P_F aufgebaut. Der Förderdruck P_F wird auf einem konstanten Wert geregelt.

Die Förderzeit t_F ist durch den Zeitpunkt des Beginns des Schmelzeaustritts t₂ und durch den Zeitpunkt t₃ des Druckablassens bestimmt. Innerhalb dieses Zeitinter­ valls wird Schmelze 12 gefördert.

Der Zeitpunkt t₃ wird dabei anhand eines Integrals I₁ ermittelt, das den Förderdruck P_F berücksichtigt. Dem Integral I₁ kann durch Messen ein gefördertes Schmelze­ volumen zugeordnet werden. Das Zeitintegral I₁ wird ab dem Zeitpunkt t₂, dem Beginn der Abgabe der Schmelze, gebildet, da dieser Zeitpunkt mittels der Elektrode 54 leicht bestimmbar ist. Von diesem Zeitpunkt an fließt Schmelze 12 aus der Dosiervorrichtung 10, wobei die Fließgeschwindigkeit vom Förderdruck P_F abhängt. Aus dem Produkt aus Steigrohrquerschnitt, Fließgeschwindig­ keit und Förderzeit t_F ergibt sich das geförderte Schmelzevolumen. Daher kann das geförderte Schmelze­ volumen über die Förderzeit t_F und den Zeitpunkt t₃ bestimmt werden. Für das Zeitintegral I₁ wird der in der Dosierkammer 22 herrschende Förderdruck P_F über die Zeit integriert. Damit wird jedoch mittelbar die Fließ­ geschwindigkeit bei der Bestimmung des Integrals I₁ als Vergleichsgröße für das Schmelzevolumen berücksichtigt. Wenn das Integral I₁, das während der Schmelzeabgabe gebildet wird, einen gewünschten Wert erreicht hat (Zeitpunkt t₃), wird der Druck abgelassen.

Nach dem Beginn des Ablassens des Drucks im Zeitpunkt t₃ liegt der Druck in der Dosierkammer 22 zwar noch für kurze Zeit über der Druckgrenze 72, oberhalb derer Schmelze aus dem Steigrohr 48 austritt, jedoch wird dies durch die im folgenden noch beschriebene Kalibrie­ rung berücksichtigt. Nach dem vollständigen Abbau des Drucks im Zeitpunkt t_E strömt bei Atmosphärendruck P_Atm Schmelze aus der Warmhaltewanne 20 in die Dosierkammer 22, so daß im Zeitpunkt t_A* die Dosierkammer für wei­ tere Dosiervorgänge mit Schmelze gefüllt ist. Nach dem erneuten Aufbau des Vordrucks P_Vor ist die Vorrichtung wieder dosierbereit.

Um das Integral I₁ zur Bestimmung der Schmelzevolumina nutzen zu können, ist eine Kalibrierung durchzuführen. Dabei wird in einer Kalibrierphase die Dosierkammer 22 wie zuvor beschrieben mit Druck beaufschlagt und es werden verschiedene Zeitintegrale I₁ gebildet. Durch Wiegen und Umrechnen werden zu diesen Zeitintegralen I₁ die gehörigen Schmelzevolumina bestimmt. Die Zeitinte­ grale I₁ und die Schmelzevolumina werden gespeichert.

Anhand der gespeicherten Werte kann für ein gewünschtes Schmelzevolumen der Sollwert für das Zeitintegral be­ stimmt werden.

Während einer Betriebsphase wird wiederum ein druck­ abhängiges Zeitintegral I₁ gebildet. Der Druck wird über das Druckauslaßventil 58 abgelassen, sobald das Zeitintegral I₁ den Sollwert erreicht hat. Die Berück­ sichtigung des Drucks in der Dosierkammer 22 erlaubt so die Berücksichtigung von Fließgeschwindigkeitsschwan­ kungen in dem Steigrohr 48 und erhöht dadurch die Ge­ nauigkeit der Dosiervorrichtung 10. Der durch das er­ findungsgemäße Verfahren berücksichtigte Fehler (F) ist durch den Unterschied zwischen dem ideal konstanten Druck und dem tatsächlich schwankenden Druck bestimmbar (Fig. 5).

Um einen Legierungswechsel durchzuführen, ist es erfor­ derlich, die Dosiervorrichtung 10 vollständig zu ent­ leeren. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 14 um die Achse 18 kippbar gelagert.

Zum Entleeren werden beide Teile 36, 38 der Abdeckhaube 34 hochgeklappt und anschließend wird das Gehäuse 14 z. B. mittels eines Hydraulikzylinders um die Kippachse 18 gekippt. Dabei werden die Warmhaltewanne 20 und die Dosierkammer 22 relativ zu der Auslaufkante 24 angeho­ ben, bis schließlich das Steigrohr 48, der Boden 10 der Dosierkammer 22, der Verbindungskanal 50 und der Boden 28 der Warmhaltewanne 20 jeweils Gefälle zu der Aus­ laufkante 24 hin aufweisen. Nachdem die Schmelze voll­ ständig ausgelaufen ist, wird das Gehäuse 14 zurück­ gekippt und es kann eine neue Schmelze eingefüllt werden.

Claims (27)

1. Dosiervorrichtung (10) für Nichteisen-Metall­ schmelzen mit einer in einem Gehäuse (14) vor­ gesehenen Warmhaltewanne (20) zur Aufnahme eines Schmelzebades, wobei Schmelze (12) mittels Druck­ gas durch ein Steigrohr (48) aus dem Gehäuse (14) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (14) eine von der Warmhalte­ wanne (20) getrennte, gegenüber der Umgebung abge­ dichtete mit Druck beaufschlagbare Dosierkammer (22) vorgesehen ist, aus der das Steigrohr (48) herausführt und die durch einen Verbindungskanal (50) mit dem Bodenbereich (26) der Warmhaltewanne (20) verbunden ist.

2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Volumen der Dosierkammer (22) zwei- bis viermal so groß ist, wie das maximal dosierbare Schmelzevolumen.

3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Warmhaltewanne (20) mindestens das 20-fache des Volumens der Dosierkammer (22) beträgt.

4. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungs­ kanal (50) von seinem im Bodenbereich (26) der Warmhaltewanne (20) gelegenen Ende zu der Dosier­ kammer (22) hin einen ansteigenden Verlauf auf­ weist.

5. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungs­ kanal (50) mit Abstand über dem tiefsten Punkt der Dosierkammer (22) in diese mündet.

6. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Gehäuse­ inneren zugewandte Ende des ansteigenden Steig­ rohres (48) unterhalb des oberen Endes des Verbin­ dungskanals (50) liegt.

7. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Er­ streckung (V₂) des Verbindungskanals (50) größer ist als die vertikale Erstreckung (V₁) des Steig­ rohres (48).

8. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmhaltewanne (20) ständig dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist.

9. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmhaltewanne (20) zum Luftaustausch mit der Umgebung verbunden ist.

10. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Warmhalte­ wanne (20) über dem Schmelzespiegel (21) eine Widerstands-, Induktions- oder eine Verbrennungs­ heizung (32) angeordnet ist.

11. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (40) der Dosierkammer (22) mit einem Neigungswinkel (a) zur Horizontalen (30) verläuft, der kleiner ist, als der Neigungswinkel (b) des Bodens (28) der Warm­ haltewanne (20) zur Horizontalen (30).

12. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiervorrich­ tung (10) um einen Kippwinkel (c) zur Horizontalen (30) kippbar gelagert ist, der größer ist, als der Neigungswinkel (b) des Bodens (28) der Warmhalte­ wanne (20) zur Horizontalen (30).

13. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmhaltewanne (20) auf der der Dosierkammer (22) abgewandten Seite eine Auslaufkante (24) aufweist.

14. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß beim Entleeren der Dosiervorrichtung (10) in einer gekippten Stellung das Steigrohr (48), der Boden (40) der Dosier­ kammer (22), der Verbindungskanal (50) und der Boden (28) der Warmhaltewanne (20) jeweils Gefälle zu einer Auslaufkante (24) der Warmhaltewanne (20) haben.

15. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierkammer (22), das Steigrohr (48) und der Verbindungskanal (50) als gemeinsam austauschbarer Einsatz ausge­ führt sind.

16. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drucksteuer­ einrichtung den Druckaufbau in der Dosierkammer (22) derart steuert, daß vor Abgabebeginn ein Vor­ druck (P_Vor) aufgebaut wird, bei dem der Pegel (23) der Schmelze (12) in dem Steigrohr (48) immer auf die gleiche Höhe (h₂) angehoben wird.

17. Dosiervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der von der Drucksteuerein­ richtung gesteuerte Druckaufbau einen Vordruck (P_Vor) erzeugt, bei dem die Schmelze in der Dosierkammer (22) mindestens bis zur Unterkante (51) des oberen Endes des Verbindungskanals (50) abgesenkt wird.

18. Dosiervorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzen in der Warmhaltewanne (20) und in der Dosierkammer (22) bei aufgebautem Vordruck (P_Vor) durch ein Luft­ polster getrennt sind.

19. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuer­ einrichtung zur Erzeugung einer konstanten Druck­ aufbaugeschwindigkeit für die Summe aus Steigungs­ druck (P_S) und Förderdruck (P_F) ausgelegt ist.

20. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuer­ einrichtung zum Konstanthalten der Summe aus Steigungsdruck (P_S) und Förderdruck (P_F) ausgelegt ist.

21. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuer­ einrichtung mit mindestens einem Sensor, der den Druck in der Dosierkammer (22) ermittelt, und mit einer Uhr verbunden ist.

22. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuer­ einrichtung zum Wärmeaustausch zwischen der Warm­ haltewanne (20) und der Dosierkammer (22) durch Beaufschlagen der Dosierkammer (22) mit Druckgas ein Hin- und Herströmen der Schmelze (12) er­ möglicht.

23. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zum Trennen der Schmelzen in der Dosierkammer (22) und in der Warmhaltewanne (20) zwischen der Warmhaltewanne (20) und der Dosierkammer (22) Schieber, Stopfen oder ein Drehverschluß angeordnet sind.

24. Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelze­ volumens, bei welchem über der Schmelze (12) ein Druckgaspolster erzeugt wird und dadurch Schmelze (12) über ein Steigrohr (48) abläuft, und bei wel­ chem das abgegebene Schmelzevolumen von der Zeit­ dauer des Druckpolsters bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Kalibrierphase druckabhängige Zeit­ integrale (I₁) gebildet werden, wobei für unter­ schiedliche Werte des Zeitintegrals (I₁) die Schmelzevolumina ermittelt und gespeichert werden,
daß anhand der gespeicherten Werte ein einem ge­ wünschtem Schmelzevolumen entsprechender Sollwert ausgewählt wird und
daß während einer Betriebsphase ein druckabhängi­ ges Zeitintegral (I₁) gebildet und der Druck ab­ gelassen wird wenn dieses Zeitintegral (I₁) den Sollwert erreicht.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich­ net, daß der für das Zeitintegral (I₁) berücksich­ tigte Druck, der in der Dosierkammer (22) herr­ schende Förderdruck (P_F) ist.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zeitintegral (I₁) ab dem Beginn des Austritts der Schmelze (12) aus dem Steigrohr (48) gebildet wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, ins­ besondere zur Steuerung einer Dosiervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Vordruck (P_Vor) über den Füllstand der Warmhalte­ wanne (20) bestimmt wird.