DE4419004C2 - Verfahren zur Steuerung des Gießens einer Metallschmelze aus einem Behälter in eine Gußform und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Gie­ ßens einer Metallschmelze aus einem Behälter in eine Gußform gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß Anspruch 12.

Aus der DE 33 44 537 C1 ist ein Verfahren vorbekannt. Dort erfolgt die Vorgabe der Gießzeitdauer abhängig von dem be­ rechneten Schmelzbadfüllstand. Mit diesen Maßnahmen soll der füllstandsabhängigen Veränderung der Fließgeschwindigkeit der Metallschmelze auf Grund des sich ändernden hydrostatischen Drucks entgegengewirkt werden.

Dieses vorbekannte Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß Besonderheiten der Gießform wie z. B. deren Formgebung und Volumen unberücksichtigt bleiben. Dies hat zur Folge, daß sich insbesondere bei niedrigem Schmelzbadfüllstand der Gieß­ vorgang so weit verlängern kann, daß aufgrund der Erstarrung der Metallschmelze das Volumen der Gießform nicht mehr voll­ ständig mit Metallschmelze gefüllt wird und insofern das Gießprodukt unbrauchbar ist.

Aus der DE 41 03 243 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Steuerung des Gießens einer Metallschmelze aus einem Behälter vorbekannt, bei dem in Form eines geschlossenen Regelkreises mittels einer Kamera der Füllstand der Metallschmelze in ei­ nem Angußteil der Gußform überwacht wird. Abhängig von diesem gemessenen Füllstand wird die zeitabhängige Gießmenge beim Gießvorgang durch Veränderung eines Stopfenhubes gegenüber einer Ausflußöffnung des Behälters variiert, um den Füllstand im Angußbereich der Gußform konstant zu halten.

Dieses vorbekannte Verfahren weist den Nachteil auf, daß keine direkte füllstandsabhängige Steuerung der Gießzeitdauer möglich ist. Zudem ist dieses vorbekannte Verfahren ein sehr aufwendiges Regelungsverfahren, das auf Grund der verwendeten optischen Erfassung des Füllstandes im Angußbereich der Guß­ form nicht betriebssicher ist.

Schließlich ist aus der DE 24 19 671 A1 eine Vergießanlage für Metall insbesondere Gußeisen vorbekannt, bei der allein im Sinne der Konstanthaltung der zeitabhängigen Gießmenge und damit der Gießzeitdauer der Stopfenhub einer Hebeeinrichtung, abhängig von der Masse der Metallschmelze, verändert wird. Bei dieser vorbekannten Vergießanlage erfolgt keine Variation der Gießzeitdauer abhängig von der Masse der Metallschmelze. Diese vorbekannte Vergießanlage hat den Nachteil, daß wenn der Stopfen der Hebeeinrichtung voll geöffnet ist, eine wei­ tere Anpassung der Gießparameter an die sich weiter verrin­ gernde Masse der Metallschmelze nicht mehr möglich ist, so daß der Gießvorgang abgebrochen werden muß. Dies heißt wie­ derum, daß das vorhandene Behältervolumen nicht voll ausge­ nutzt werden kann.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein einfaches Steuerverfahren zur Steuerung des Gießens einer Metallschmelze aus einem Be­ hälter in eine Gußform zu schaffen, das sowohl Schwankungen des Schmelzbadfüllstandes als auch die Besonderheiten der Gußform berücksichtigt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dabei wird davon ausgegangen, daß die Besonderheiten der Guß­ form sich auf einfache Art und Weise aus dem Abkühlverhalten der Metallschmelze in der Gußform ableiten lassen. Dieses Ab­ kühlverhalten bestimmt sowohl die max. zulässige Gießzeit­ dauer beim Gießen der Metallschmelze in die Gußform als auch, auf Grund der Formgebung und des Volumens der Gußform, die zeitabhängige Gießmenge, die der Gußform zugeführt werden kann.

Demgemäß wird bei der vorliegenden Erfindung nicht nur die Gießzeitdauer des Gießvorganges vorgegeben, sondern auch die zeitabhängige Gießmenge. Die zeitabhängige Gießmenge ist da­ bei die Menge Metallschmelze, die pro Zeiteinheit aus dem Be­ hälter in die Gußform gegossen wird. Diese zeitabhängige Gießmenge wird erfindungsgemäß im Rahmen des Verfahrens steu­ ernd vorgegeben.

Dabei kann abhängig von den Besonderheiten der Gußform sowohl die Gießzeitdauer als auch die zeitabhängige Gießmenge der Metallschmelze beeinflußt werden. Ebenso ist es möglich, daß die Gießzeitdauer und die zeitabhängige Gießmenge abhängig vom Schmelzbadfüllstand eingestellt werden. Die jeweils ge­ wählten Abhängigkeiten sind vom Anwender des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens an die Besonderheiten der Gußform aber auch an die Besonderheiten des Schmelzbades in weiten Bereichen an­ paßbar.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, anders als bei vorbekannten Lösungen, kein aufwendiger Regel­ kreis erforderlich. Vielmehr genügt eine einfache Steuerung zur Durchführung des Verfahrens. D.h., das erfindungsgemäße Verfahren ist auch kostengünstig umsetz- und anwendbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 11.

So kann die Vorgabe der Gießzeitdauer vorteilhaft abhängig von dem berechneten Schmelzbadfüllstand erfolgen. Es ist je­ doch auch möglich, die Vorgabe der Gießzeitdauer abhängig von dem ermittelten Abkühlverhalten der Gußform zu wählen, wobei sowohl eine der genannten Abhängigkeiten als auch die Berück­ sichtigung beider Abhängigkeiten im Rahmen der Erfindung mög­ lich ist.

Ebenso kann vorteilhaft die Vorgabe der zeitabhängigen Gieß­ menge abhängig von dem berechneten Schmelzbadfüllstand erfol­ gen. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch die Vorgabe der zeitabhängigen Gießmenge abhängig von dem ermittelten Ab­ kühlverhalten möglich.

Die Messung der Masse von Behälter und Metallschmelze kann auf besonders einfache und günstige Art und Weise durch Wä­ gung, also durch Ermittlung des Gewichtes von Behälter und Metallschmelze erfolgen.

Die Berechnung des Schmelzbadfüllstandes erfolgt dann vor­ teilhaft unter Berücksichtigung der konstanten Behältermasse, die sich während der Gießvorgänge nicht oder nur geringfügig ändert und insofern als konstanter Wert in die Berechnung des Schmelzbadfüllstandes eingeht. Andererseits kann vorteilhaft bei der Berechnung des Schmelzbadfüllstandes die Hohlraumform des Behälters berücksichtigt werden, die auf Grund der ther­ modynamischen Erfordernisse derartiger Behälter häufig von der Idealform eines quaderförmigen Hohlraumes abweicht. Durch Berücksichtigung der Hohlraumform des Behälters kann auch bei komplizierten Hohlraumformen recht genau aus der ermittelten Masse von Behälter und Metallschmelze auf den tatsächlichen Schmelzbadfüllstand geschlossen werden.

Das Abkühlverhalten der Metallschmelze in der Gußform kann auf verschiedene Art und Weise ermittelt werden. Einerseits ist es möglich, durch Temperaturmessung in der Gußform dieses Abkühlverhalten direkt, beispielsweise auch während des Gieß­ vorganges zu ermitteln. Andererseits ist es besonders vor­ teilhaft, weil verfahrenstechnisch einfach und insbesondere beim Abguß großer Stückzahlen von Gußteilen hinreichend ge­ nau, wenn das Abkühlverhalten der Metallschmelze in der Guß­ form vor Beginn des serienmäßigen Abgusses durch metallurgi­ sche Untersuchungen des gegossenen Teils empirisch ermittelt wird und entsprechend die zeitabhängige Gießmenge und die Gießzeitdauer für den gesamten serienmäßigen Abgußvorgang vorgegeben werden.

Um in jedem Falle, auch bei einer Variation der Gießzeitdauer und der zeitabhängigen Gießmenge, eine vollständige Füllung des Volumens der Gießform zu gewährleisten, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Gießmenge als Produkt der Gießzeitdauer und der zeitabhängigen Gießmenge entsprechend dem Volumen der Gußform gewählt wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß An­ spruch 1 weist vorteilhaft als Behälter einen Gießofen auf. Derartige Behälterausbildungen haben den Vorteil, daß die Me­ tallschmelze im Gießofen auf einer konstanten Temperatur ge­ halten werden kann, um temperaturabhängige Einflüsse der Me­ tallschmelze auf die zeitabhängige Gießmenge auszuschließen. Der Gießofen weist dabei eine zumindest teilweise konische Ausflußöffnung auf, die durch einen Stopfen verschließbar ist. Über die Konizität der Ausflußöffnung ist dabei entspre­ chend dem beanspruchten Verfahren die Vorgabe der zeitabhän­ gigen Gießmenge möglich. Hierzu ist der Stopfenhub des Stop­ fens durch eine Hebeeinrichtung gegenüber der Ausflußöffnung steuerbar. Die Masse von Behälter und Metallschmelze wird mittels einer Wägeeinrichtung ermittelt, deren Ausgangs­ signale einer Steuereinrichtung zugeführt werden, welche diese Ausgangssignale verarbeitet und abhängig von diesen Signalen die Hebeeinrichtung steuert.

Dabei steuert die Steuereinrichtung sowohl die Größe der Stopfenhubes als auch die Zeitdauer des Stopfenhubes.

Um insbesondere bei empirischer Ermittlung des Abkühlverhal­ tens der Metallschmelze in der Gußform eine Eingabe von Steu­ ergrößen zur Vorgabe oder Beeinflussung der zeitabhängigen Gießmenge und/oder der Gießzeitdauer in die Steuereinrichtung zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, eine Eingabe­ einrichtung vorzusehen.

Die Wägeeinrichtung kann besonders vorteilhaft aus mehreren Gewichtsmeßdosen bestehen, auf denen der Gießofen gelagert ist. Derartige Gewichtsmeßdosen mit entsprechender Tragfähig­ keit sind auf dem Markt frei verfügbar.

Die Steuereinrichtung kann Kennlinien und/oder Kennfeldspei­ cher aufweisen, in denen Kennlinien bezüglich der Abhängig­ keit des Schmelzbadfüllstandes vom gemessenen Ofengewicht und Kennfelder bezüglich der Abhängigkeit der Stopfenöffnungszeit bzw. des Stopfenöffnunghubes von dem Schmelzbadfüllstand ab­ gelegt sind. Mittels dieser Kennlinien oder Kennfeldspeicher kann die Steuereinrichtung besonders schnell auf die Ge­ wichtsmessung des Ofens reagieren, da komplizierte Rechenope­ rationen hiermit vermieden werden.

Die Ausflußöffnung kann besonders vorteilhaft die Form einer sich in Richtung der Schwerkraft verjüngenden Düse aufweisen, wobei in Richtung der Schwerkraft gesehen sich an einen stark konisch sich verjüngenden Teil ein schwach konisch sich ver­ jüngender Teil und dann ein zylindrischer Teil anschließt. Dabei dient der stark konisch sich verjüngende Teil im Zusam­ menwirken mit dem Stopfen als eigentlicher Verschluß der Aus­ flußöffnung für den Fall, daß keine Metallschmelze aus den Behälter ausfließen soll. Der sich schwach konisch verjün­ gende Teil dient der Steuerung der zeitabhängigen Gießmenge, abhängig davon, wie weit das Stopfenende in diesen sich schwach konisch verjüngenden Teil hineinragt. Der zylindri­ sche Teil der Ausflußöffnung soll ein Verschmutzen und Fest­ setzen der Ausflußöffnung durch erkaltende und erstarrende Metallschmelze verhindern.

In diesem Zusammenhang kann der Stopfen aus Richtung der Schwerkraft gesehen einen zylindrischen Teil aufweisen, der im vorher bereits erläuterten Sinne mit dem zylindrischen Teil der Ausflußöffnung zusammenwirkt, wobei der Durchmesser des zylindrischen Teils des Stopfens geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des zylindrischen Teils der Ausflußöff­ nung. An diesen zylindrischen Teil des Stopfens schließt sich vorteilhaft ein mit einem Radius stark erweiternder und daran ein sich mit einem Radius schwach erweiternder Teil an, wobei diese Teile mit dem sich stark konisch verjüngenden Teil der Ausflußöffnung zusammenwirken und die eigentliche Verschluß­ funktion bewirken.

In der Praxis hat sich die Verwendung eines Rinneninduktions­ ofens als Gießofen als besonders brauchbar erwiesen, wobei zu berücksichtigen ist, daß derartige Rinneninduktionsöfen ein Metallschmelzevolumen aufweisen, das sich in einen Sumpf und ein Nutzvolumen aufteilt. Die Metallschmelze des Sumpf es ist dabei für den Gießvorgang direkt nicht brauchbar. Vielmehr ist dieser Sumpf erforderlich, um die Aufheizung der Metall­ schmelze im Sumpf über die Induktoren zu ermöglichen. Nur die Metallschmelze im oberhalb des Sumpfes angeordneten Nutzvolu­ men kann direkt zum Gießen in eine Gußform verwendet werden.

In diesem Zusammenhang ist die Ausflußöffnung vorteilhaft am Boden des Nutzvolumens angeordnet, um eine vollständige Ent­ leerung des Rinneninduktionsofens inklusive der Metall­ schmelze im Sumpf zu vermeiden. Der Schmelzbadfüllstand ist dabei auf den Boden des Nutzvolumens zu beziehen.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Zeichnungen dar­ gestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Gießofen zur Durchfüh­ rung des Verfahrens,

Fig. 2 einen Einblick in den Metallschmelzebehälter des Gießofens gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Buchse des Gießofens gemäß Fig. 1, die die Aus­ flußöffnung enthält,

Fig. 4 eine Ansicht des Stopfens des Gießofens gemäß Fig. 1, durch den die Ausflußöffnung verschließbar ist,

Fig. 5 ein Diagramm, in dem die Abhängigkeit der zeitabhän­ gigen Gießmenge von der Stopfenöffnungszeit und dem Schmelzbadfüllstand dargestellt ist,

Fig. 6 ein Diagramm, in dem der Zusammenhang zwischen Schmelzbadfüllstand und Stopfenhub und damit bei vor­ gegebener zeitabhängiger Gießmenge bei konstanter Gießzeitdauer dargestellt ist und

Fig. 7 ein Diagramm, in dem der Zusammenhang zwischen Schmelzbadfüllstand und der Stopfenöffnungszeit bzw. der Gießzeitdauer bei vorgegebener zeitabhängiger Gießmenge bzw. vorgegebenem konstanten Stopfenhub dargestellt ist.

In der Fig. 1 weist der Behälter (1), der als Gießofen bzw. Rinneninduktionsofen ausgebildet ist, eine Ausflußöffnung (2) auf, die zumindest teilweise als konisch ausgebildete Düse ausgebildet ist. Die Ausflußöffnung (2) ist mittels eines Stopfens (3) verschließbar, dessen Stopfenhub gegenüber der Ausflußöffnung (2) mittels einer Hebeeinrichtung (4) verän­ derbar ist. Die Hebeeinrichtung ist im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel als pneumatischer Druckzylinder ausgebildet, deren Hub über eine Hebelanordnung auf den Stopfen (3) über­ tragen wird.

Der gesamte Gießofen (1) ist zur Wägung der Masse von Gieß­ ofen und sich in dem Gießofen (1) befindlicher Metallschmelze auf als Wägeeinrichtung dienenden Gewichtsmeßdosen gelagert, von denen beispielhaft eine Gewichtsmeßdose (5) in der Fig. l dargestellt ist. Das Ausgangssignal der Gewichtsmeßdose wird einer Steuereinrichtung (6) zugeführt, die ihrerseits abhän­ gig von dem gemessenen Gewicht die Hebeeinrichtung (4) und damit den Stopfenhub des Stopfens (3) gegenüber der Ausfluß­ öffnung (2) steuert.

Zusätzlich ist in der Fig. 1 eine Eingabeeinrichtung (7) zur Vorgabe der zeitabhängigen Gießmenge und/oder der Gießzeit­ dauer oder bestimmter Zusammenhänge zwischen diesen Größen vorgesehen. Der Rinneninduktionsofen (1) weist einen Induktor (8) auf, der von der in einem Sumpf (9) des Behältervolumens befindlichen Metallschmelze umspült wird und diese Metall­ schmelze im Sumpf (9) aufheizt. Durch diese Aufheizung wird eine Konvektion in der Metallschmelze erzeugt, so daß die durch den Induktor in der Metallschmelze erzeugte Wärmeener­ gie auch die Metallschmelze in einem Nutzvolumen (10) er­ reicht, das oberhalb des Sumpfes (9) angeordnet ist.

Die in dem Nutzvolumen (10) befindliche Metallschmelze kann zum Gießen aus dem Behälter (1) über die Ausflußöffnung (2) in eine in der Fig. nicht dargestellte unterhalb der Ausfluß­ öffnung (2) befindliche Gußform verwendet werden. Hierzu ist die Ausflußöffnung (2) in einem Boden (11) des Nutzvolumens (10) angeordnet.

Weiterhin ist in der Fig. 1 mit (12) der max. Schmelzbadfüll­ stand und mit (13) der min. Schmelzbadfüllstand des sich in­ nerhalb des Rinneninduktionsofens (1) im Nutzvolumen (10) be­ findlichen Schmelzbades bezeichnet. Beim Einblick in das In­ nere des Behälters (1) gemäß Fig. 2 werden nochmal die geome­ trischen Zusammenhänge zwischen dem Nutzvolumen (10), dem Sumpf (9) und der Ausflußöffnung (2) verdeutlicht.

In der Fig. 3 sind gleiche oder gleichwirkende Vorrichtungs­ teile wie in den Fig. 1 und 2 mit den selben Bezugszeichen versehen. Man erkennt in der Fig. 3, daß die Ausflußöffnung (2) in Richtung der Schwerkraft gesehen, also in der Fig. 3 von oben nach unten, einen stark konisch sich verjüngenden Teil (14) aufweist, an den sich ein schwach konisch sich ver­ jüngender Teil (15) anschließt. An diesen sich schwach ko­ nisch verjüngenden Teil (15) schließt sich letztlich in Rich­ tung der Schwerkraft gesehen ein zylindrischer Teil (16) der Düse (2) an. Die Düse ist dabei als Teil einer Buchse (17) ausgebildet, die in dem Behälter (1) gegebenenfalls auswech­ selbar angeordnet ist.

Weiterhin ist in der Fig. 3 ein Teil des Stopfens (3) in der verschlossenen Stellung der Ausflußöffnung dargestellt, bei der ein zylindrischer Teil (18) des Stopfens (3) nahezu voll­ ständig in den zylindrischen Teil (16) der Ausflußöffnung (2) eingetaucht ist. Der schwach konisch sich verjüngende Teil (15) der Düse (2) dient dabei im Zusammenwirken mit dem in der Fig. 3 unteren Ende des zylindrischen Teiles (18) des Stopfens (3) zur Einstellung der wirksamen Düsenöffnungsflä­ che und damit zur Einstellung der zeitabhängigen Gießmenge, abhängig vom Stopfenhub des Stopfens (3) gegenüber der Düse (2)
Im geschlossenen Zustand der Ausflußöffnung (2) dienen die zylindrischen Teile (16, 18) zum Abstreifen von erkalteten und erstarrenden Teilen der Metallschmelze aus der Ausfluß­ öffnung (2), um ein Verstopfen der Ausflußöffnung durch diese erkaltende Metallschmelze zu vermeiden.

Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, weist der Stopfen (3) neben dem zylindrischen Teil (18) weitere funktionswichtige Teile auf. So schließt sich aus Richtung der Schwerkraft also in der Fig. 4 von unten nach oben gesehen an den zylindrischen Teil (18) des Stopfens (3) ein mit einem Radius stark erwei­ ternder Teil (19) an, der in einen sich mit einem Radius schwach erweiternden Teil (20) übergeht. Die Funktion des zy­ lindrischen Teils (18) des Stopfens (3) im Zusammenwirken mit der Ausflußöffnung (2) wurde bereits vorher erläutert. Die sich erweiternden Teile (19, 20) dienen dem Verschluß der Ausflußöffnung (2) durch Anlegen des schwach erweiternden Teiles (20) des Stopfens (3) an den sich stark konisch ver­ jüngenden Teil (14) der Ausflußöffnung (2) beim Stopfenhub 0 des Stopfens (3) gegenüber der Ausflußöffnung (2). D. h., der schwach erweiternde Teil (20) des Stopfens (3) bewirkt im Zu­ sammenwirken mit dem sich stark konisch verjüngenden Teil (14) der Düse (2) die Sperrung des Ausfließens der Metall­ schmelze aus dem Behälter (1) bei dem genannten Stopfenhub.

Bei gemeinsamer Betrachtung der Fig. 3 und 4 wird zusätzlich deutlich, daß der Durchmesser (d) des zylindrischen Teils (18) des Stopfens (3) geringfügig kleiner ist als der Durch­ messer (D) des zylindrischen Teils (16) der Ausflußöffnung (2) um ein Einschieben des Stopfens (3) in die Ausflußöffnung (2) zu ermöglichen und um damit das Ausdrücken von erkalteter und erstarrter Metallschmelze aus der Ausflußöffnung (2) zu ermöglichen.

In Fig. 5 ist auf der Abszisse der Schmelzbadfüllstand (h) in dem Nutzvolumen (10) des Gießofens (1) aufgetragen. Dabei ist der tatsächliche Schmelzbadfüllstand (h_x) auf den max. Schmelzbadfüllstand (12) gleich (h₀) bezogen. Weiterhin ist in der Fig. 5 auf der rechten Ordinate die tatsächliche zeit­ abhängige Gießmenge (Q_X) ebenfalls bezogen auf eine max. zeitabhängige Gießmenge (Q₀) aufgetragen.

Schließlich ist in der Fig. 5 die tatsächliche Gießdauer (t_x) oder auch Stopfenöffnungszeit bezogen auf eine max. Stopfen­ öffnungszeit (t₀) auf der linken Ordinate aufgetragen. Mit (a) ist die Kurve gekennzeichnet, die die Abhängigkeit der zeitabhängigen Gießmenge (Q) von dem Schmelzbadfüllstand (h) kennzeichnet. Mit (b) ist die Kurve gekennzeichnet, die die Veränderung der Gießzeitdauer bzw. der Stopfenöffnungszeit (t) abhängig von der Veränderung des Schmelzbadfüllstandes (h) bei konstantem Gießvolumen darstellt.

Man erkennt, daß zwar bei sehr geringen Schmelzbadfüllständen die genannten Kurven extrem nicht linear verlaufen. Anderer­ seits können die dargestellten Kurven im Bereich geringfügi­ ger Schmelzbadfüllstandsänderung ohne Verfälschung des Ergeb­ nisses durch Geraden angenähert werden.

Dies kann bei dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren ausge­ nutzt werden, wie aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht. In diesen Fig. 6 und 7 ist jeweils auf der Abszisse der Schmelzbadfüll­ stand (h_x) bezogen auf den max. Schmelzbadfüllstand (h₀) ent­ sprechend dem Bezugszeichen (12) in Fig. 1 aufgetragen. In der Fig. 6 ist auf der rechten Ordinate ein Stopfenhub (H) in mm aufgetragen, dem auf Grund der vorher beschriebenen Form­ gebung der Ausflußöffnung (2) eine bestimmte Fläche (F) der Ausflußöffnung (2) direkt zugeordnet ist. Diese Fläche (F) ist in der Fig. 6 auf der linken Ordinate aufgetragen in der Einheit mm².

Man erkennt in der Fig. 6, daß bei vorgegebener konstanter Gießzeitdauer und vorgegebener konstanter Gießmenge, die sich als Produkt der Gießzeitdauer und der zeitabhängigen Gieß­ menge (Q) ergibt, der Zusammenhang zwischen dem Stopfenhub (H) bzw. der Fläche (F) der Ausflußöffnung (2) und dem Schmelzbadfüllstand (h) nahezu linear ist.

Dabei gilt die Gerade (a) für eine vorgegebene Gießmenge von 15,5 kg Metallschmelze mit einer vorgegebenen Gießzeitdauer bzw. einer vorgegebenen Stopfenöffnungszeit von 6 Sekunden. Die Gerade (b) in Fig. 6 gilt für eine vorgegebene Gießmenge von 11,3 kg Metallschmelze bei einer vorgegebenen konstanten Stopfenöffnungszeit und damit Gießzeitdauer von 4,2 Sekunden. Die Gerade (c) gilt für eine vorgegebene Gesamtgießmenge pro Abguß von 15,5 kg bei einer voreingestellten Gießzeitdauer bzw. Stopfenöffnungszeit von 5 Sekunden. Man erkennt in der Fig. 6, daß sich wie vorher bereits erläutert eine nahezu li­ neare Abhängigkeit des einzustellenden Stopfenhubes (H) und damit der einzustellenden effektiven Ausflußöffnungsfläche (F) von dem jeweils vorliegenden Schmelzbadfüllstand (h) er­ gibt. Dabei haben die sich ergebenden Geraden (a, b, c) ab­ hängig von der vorgegebenen Gesamtgießmenge pro Abguß und ab­ hängig von der vorgegebenen Gießzeitdauer (t) bzw. Stopfen­ öffnungszeit durchaus unterschiedliche Steigungen. Dies kann in Form von Kennlinien und Kennfeldern in der Steuereinrich­ tung (6) gemäß Fig. 1 abgelegt und zur Prozeßverarbeitung ausgenutzt werden.

In der Fig. 7 ist auf der Ordinate die Stopfenöffnungszeit in Sekunden und damit die Gießzeitdauer aufgetragen. D. h., es wird in dieser Fig. 7 die Abhängigkeit der Gießzeitdauer (t) von dem Schmelzbadfüllstand (h) bei vorgegebenem konstanten Stopfenhub (H) und vorgegebener konstanter Gießmenge darge­ stellt. Auch hier ergeben sich für die Beschreibung dieser Abhängigkeit in erster Näherung Geraden, wobei die Gerade (a) für eine Gießmenge von 7 kg bei einem Stopfenhub von 35 mm sich ergibt. Die Gerade (b) ergibt sich für eine Gesamtgieß­ menge von 8 kg Metallschmelze bei einem Stopfenhub von 35 mm gegenüber der Ausflußöffnung (2). Die Gerade (c) steht für die genannte Abhängigkeit bei einer Gießmenge von 15,5 kg Me­ tallschmelze bei einem Stopfenhub von 40 mm. Man erkennt auch in dieser Fig. 7, daß zwar die Steigung der Geraden (a, b, c) von der Vorgabe des Stopfenhubes und von der Vorgabe der ge­ wünschten Gießmenge an Metallschmelze abhängig ist. Die Ab­ hängigkeit der Stopfenöffnungszeit und damit der Gießzeit­ dauer von der Schmelzbadhöhe bzw. von dem Schmelzbadfüllstand der über das Gewicht des Gießofens (1) gemeinsam mit der Me­ tallschmelze ermittelt wird, kann jedoch ohne weiteres durch eine Gerade angenähert werden.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Abhängigkeiten sind Kennlinien, die gemäß dem beanspruchten Verfahren als Kennli­ nien oder auch als Kennfelder in der Steuereinrichtung (6) gemäß Fig. 1 abgelegt sind. D. h., erhält die Steuereinrich­ tung (6) das Ausgangssignal der Gewichtsmeßdose (5) als Ein­ gangssignal, so wird gemäß dem beanspruchten Verfahren mit­ tels derartiger Kennlinien bei Vorgabe der jeweils genannten Parameter durch die Eingabeeinrichtung (7) die Hebeeinrich­ tung sowohl hinsichtlich der Stopfenöffnungszeit und damit der Gießzeitdauer (t) als auch hinsichtlich des Stopfenhubes (H) und damit der wirksamen Fläche (F) der Ausflußöffnung (2) derart gesteuert, daß einerseits die gewünschte Gießmenge pro Abguß von Metallschmelze in die Gußform erzielt wird und an­ dererseits max. Gießzeitdauern und min. Gießmengen nicht über- oder unterschritten werden.

Claims (19)

1. Verfahren zur Steuerung des Gießens einer Metallschmelze aus einem Behälter (1) in eine Gußform mit folgenden Verfahrensschritten:

• a) Messen der Masse von Behälter (1) und Metallschmelze,
• b) Berechnen des Schmelzbadfüllstandes (h) aus der Mes­ sung der Masse,
• c) Ermitteln des Abkühlverhaltens der Metallschmelze in der Gußform,
• d) Vorgeben der längsten zulässigen Gießzeitdauer (t₀),
• e) nach Maßgabe der vorstehend ermittelten Werte Einstellen und gegenseitiges Abstimmen von Gießzeit­ dauer (t) und zeitabhängiger Gießmenge (Q).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabe der Gießzeitdauer (t) abhängig von dem be­ rechneten Schmelzbadfüllstand (h) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabe der Gießzeitdauer (t) abhängig von dem ermit­ telten Abkühlverhalten erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabe der zeitabhängigen Gießmenge (Q) abhängig von dem berechneten Schmelzbadfüllstand (h) erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabe der zeitabhängigen Gießmenge (Q) abhängig von dem ermittelten Abkühlverhalten erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Masse von Behälter (1) und Metallschmelze durch Wägung erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Schmelzbadfüllstandes (h) unter Be­ rücksichtigung der konstanten Behältermasse erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Schmelzbadfüllstandes (h) unter Be­ rücksichtigung der Hohlraumform des Behälters erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlverhalten der Metallschmelze in der Gußform durch Temperaturmessung in der Gußform ermittelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlverhalten der Metallschmelze in der Gußform durch metallurgische Untersuchung des gegossenen Teiles empirisch ermittelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießmenge als Produkt der Gießzeitdauer (t) und der zeitabhängigen Gießmenge (Q) gleich dem Volumen der Guß­ form gewählt wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter ein Gießofen (1) ist, der eine zumindest teilweise konische Ausflußöffnung (2) aufweist, die durch einen Stopfen (3) verschließbar ist, mit einer Hebeeinrichtung (4) zur Steuerung des Stopfenhubes gegenüber der Ausflußöffnung (2), mit einer Wägeeinrichtung (5) zur Messung der Masse von Behälter (1) und Metallschmelze und mit einer Steuer­ einrichtung (6), die die Ausgangssignale der Wägeeinrich­ tung (5) verarbeitet und abhängig von diesen Signalen die Hebeeinrichtung (4) derart steuert, daß sowohl die Größe des Stopfenhubes als auch die Zeitdauer (t) des Stopfen­ hubes beeinflußt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingabeeinrichtung (7) zur Vorgabe oder Beeinflus­ sung der zeitabhängigen Gießmenge (Q) und/oder der Gieß­ zeitdauer (t) an die Steuereinrichtung (6) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wägeeinrichtung aus mehreren Gewichtsmeßdosen (5) be­ steht, auf denen der Gießofen (1) gelagert ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (6) Kennlinien und/oder Kennfeld­ speicher aufweist, in denen Kennlinien bezüglich der Ab­ hängigkeit des Schmelzbadfüllstandes (h) vom gemessenen Ofengewicht und Kennfelder bezüglich der Abhängigkeit der Stopfenöffnungszeit (t) bzw. des Stopfenhubes von dem Schmelzbadfüllstand (h) abgelegt sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflußöffnung (2) die Form einer sich in Richtung der Schwerkraft verjüngenden Düse aufweist, wobei in Richtung der Schwerkraft gesehen sich an einen stark ko­ nisch sich verjüngenden Teil (14) ein schwach konisch sich verjüngender Teil (15) und daran ein zylindrischer Teil (16) anschließt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (3) aus Richtung der Schwerkraft gesehen einen zylindrischen Teil (18) aufweist, an den sich ein mit einem Radius stark erweiterndes Teil (19) und daran ein sich mit einem Radius schwach erweiterndes Teil (20) anschließt, wobei der Durchmesser (d) des zylindrischen Teils (18) des Stopfens (3) geringfügig kleiner ist als der Durchmesser (D) des zylindrischen Teils (16) der Aus­ flußöffnung (2).

18. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießofen ein Rinneninduktionsofen (1) ist, dessen Me­ tallschmelzevolumen sich in einen Sumpf (9) und ein Nutz­ volumen (10) aufteilt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflußöffnung (2) am Boden (11) des Nutzvolumens (10) angeordnet ist und daß der Schmelzbadfüllstand (h) auf den Boden (11) des Nutzvolumens (10) bezogen ist.