EP0111228A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Endfüllstandes beim Füllen von Gussformen mit flüssigem Metall - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Endfüllstandes beim Füllen von Gussformen mit flüssigem Metall Download PDFInfo
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- EP0111228A1 EP0111228A1 EP83111836A EP83111836A EP0111228A1 EP 0111228 A1 EP0111228 A1 EP 0111228A1 EP 83111836 A EP83111836 A EP 83111836A EP 83111836 A EP83111836 A EP 83111836A EP 0111228 A1 EP0111228 A1 EP 0111228A1
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- measuring attachment
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D39/00—Equipment for supplying molten metal in rations
Definitions
- the present invention relates to a method according to the preamble of the main claim and an apparatus for performing the method.
- the process should be suitable for metals with a high melting point.
- a "control device for feeding a melt into a casting mold” in which the fill level in the casting opening of the casting mold is determined contactlessly with the aid of an annular, current-flowing measuring coil surrounding the melt jet.
- the signal from this measuring coil influences the control device and thus the supply of liquid metal.
- the method proposed there serves on the one hand to regulate the supply of liquid metal during the casting process depending on the swallowing capacity of the casting mold and on the other hand to end the casting process when a predetermined fill level is reached. Problems arise, however, in that other factors influence the signal from the coil in addition to the level.
- the object of the present invention is a method which in particular makes it possible to make the final fill level in casting molds as reproducible as possible.
- the process should make do with components that are as simple as possible and that do not require any special adjustment or excessive maintenance. In this way, an automatic filling of many identical molds should be possible from a central control room.
- the requirement for durability and low susceptibility to failure of the components used is also of crucial importance.
- a funnel-shaped - measuring head which can be sealingly fitted to the actual funnel tube of the mold to be used, which can be implemented together with the casting furnace.
- Two or more induction coils in the measuring attachment the mutual induction of which is a measure of the fill level, enable an exact measurement even at high and possibly somewhat fluctuating temperatures.
- a predetermined threshold value is reached, the supply of liquid metal is terminated, which is achieved by actuators in connection with the casting mechanisms known per se.
- the threshold level so that the measuring attachment can be removed shortly after the end of the casting process without overflowing with liquid metal. Since the liquid metal level drops somewhat shortly after the end of the filling process when the liquid metal cools down, the threshold value for the final fill level can be adjusted accordingly so that the measuring attachment can be lifted off without problems a little later.
- the conical filling funnel allows a mechanically simple but very exact positioning of the measuring attachment on every casting mold, so that the prerequisites for a reproducible filling level are created.
- claim 4 proposes to provide the funnel-shaped measuring attachment at its upper end with a ceramic bead protruding beyond the coils to protect the coils.
- the coils are then embedded in the space between the sand mold and the bead. This configuration prevents the coils from being damaged by splashes of liquid metal or other influences.
- the ceramic material of the measuring attachment under certain circumstances has only a limited and much shorter lifespan than the coils, it is proposed in a further embodiment of the invention in claim 5 to make the coils detachable towards the underside of the removed measuring attachment.
- the measuring attachment according to claim 7 should be fastened in a holding and handling mechanism which enables the measuring attachment to be automatically transferred from one mold to the other with the casting furnace.
- This version is ideal because the measuring cone easily slips into its exact working position due to its conical shape if it is implemented with the help of a mechanism that should have sufficient play.
- a sand mold 1 is shown with attached measuring attachment 2.
- the measuring attachment is carried by a holding device 21 which is connected to the suspension 10 of the ladle 8.
- a drive 9 controls the outflow from the casting furnace 8.
- a constant alternating current source 6 supplies the one coil of the measuring attachment with a constant alternating current, and the voltage induced in the second coil is registered by measuring and control electronics 7 and in control signals for the drive 9 Ladle 8 implemented. After reaching a predetermined fill level, the supply of liquid metal from the ladle 8 is stopped and the entire device is moved to the next mold.
- the sand casting mold 1 has a filling channel 3 and above it a filling funnel 4.
- M eßaufsatz so placed 2 that its conical part 23 into slides sealingly in the hopper 4.
- the projecting into the feed hopper 4 the end 22 of the M eßaufsatzes causes an accurate positioning.
- the conical part 23 is of Meßaufsatzes 2 of at least two ring-shaped coils 24, 25
- One coil 24 serves as a transmitter coil and its feed lines are connected to a constant AC power source connectable.
- the second coil 25 serves as a receiving coil and can be connected to measuring and control electronics 7.
- a bracket 21 carries the entire measuring attachment and enables the measuring attachment to be moved in conjunction with the mechanics of the ladle.
- the measuring electronics When a certain fill level 5 of the molten metal is reached, the measuring electronics respond and stop the inflow of further liquid metal.
- the magnetic field lines which in principle have to run around both coils in a closed path in order to effect an inductive coupling, are greatly weakened by eddy currents in the liquid metal, whereby simple geometrical considerations show that significant weakening already occurs at a fill level near the lower end 22 of the measuring attachment occurs. While the sand mold 1 can be penetrated just as well for the magnetic field lines as the ceramic parts of the measuring attachment 2, a few millimeters of liquid metal are practically impenetrable for magnetic field lines. This is the basis for precise measurements.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Insbesondere soll das Verfahren für Metalle mit einem hohen Schmelzpunkt geeignet sein.
- Aus der CH-PS 609 595 ist eine "Kontrolleinrichtung für die Zufuhr einer Schmelze in eine Gießform" bekannt, bei der der Füllstand in der Eingußöffnung der Gießform berührungslos mit Hilfe einer ringförmigen, den Schmelzstrahl umgebenden, stromdurchflossenen Meßspule bestimmt wird. Das Signal dieser Meßspule beeinflußt die Stelleinrichtung und damit die Zufuhr von Flüssigmetall. Das dort vorgeschlagene Verfahren dient einerseits zur Regulierung der Zufuhr von Flüssigmetall während des Gießvorganges je nach dem Schluckvermögen der Gußform und andererseits zur Beendigung des Gießvorganges bei Erreichen eines vorbestimmten Füllstandes. Probleme treten allerdings dadurch auf, daß außer der Höhe des Füllstandes auch andere Faktoren das Signal der Spule beeinflussen. So ist eine extrem genaue Positionierung der Spule in Bezug auf die Gießform und die Gießpfanne, insbesondere eine exakt waagerechte Einstellung, nötig und außerdem ist das Signal der Spule stark von der Temperaturlabhängig, was unter anderem eine Kühlung und Temperaturkontrolle erforderlich macht. Darüberhinaus beeinflußt alles umgebende Metall den Meßwert, so daß besondere Abschirmungsmaßnahmen notwendig sind.
- Aus der DE-OS 26 38 015 und der DE-OS 26 39 793 sind fernerhin optische Überwachungssysteme für den Füllstand von Flüssigmetall in einer Gießform bekannt. Auch diese weisen jedoch verschiedene Nachteile auf, die insbesondere im rauhen Alltagsbetrieb einer Gießereianlage zum Tragen kommen. So erfordern die optischen Systeme auch eine präzise Justierung und sind empfindlich gegenüber Verunreinigungen.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, was es insbesondere ermöglicht, den Endfüllstand in Gußformen möglichst exakt reproduzierbar zu machen. Dabei soll das Verfahren mit möglichst einfachen Bauteilen auskommen, die keine besondere Justierung und keine übermäßige Wartung erfordern. Auf diese Weise soll ein automatisches Füllen von vielen gleichartigen Gußformen von einer zentralen Schaltwarte aus möglich sein. Von entscheidender Bedeutung ist auch die Forderung nach Haltbarkeit und geringer Störanfälligkeit der verwendeten Komponenten.
- Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß dem Hauptanspruch vorgeschlagen, zur Messung einen trichterförmigen-Meßaufsatz, welcher dichtend auf den eigentlichen Einfülltrichter der Gußform aufgesetzt werden kann zu verwenden, der zusammen mit dem Gießofen umsetzbar ist. Zwei oder mehr Induktionsspulen in dem Meßaufsatz, deren gegenseitige Induktion ein Maß für den Füllstand ist, ermöglichen eine exakte Messung auch bei hohen und gegebenenfalls etwas schwankenden Temperaturen. Bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes wird die Zufuhr von Flüssigmetall beendet, was durch Stellglieder in Verbindung mit den an sich bekannten Vergießmechaniken erreicht wird.
- Gemäß dem Anspruch 2 wird vorgeschlagen, den Schwellwert der Füllhöhe so einzustellen, daß der Meßaufsatz kurz nach dem Ende des Gießvorganges ohne überfließen von Flüssigmetall wieder abgenommen werden kann. Da durch eine Volumenreduzierung beim Abkühlen des Flüssigmetalls der Flüssigmetallspiegel kurz nach dem Ende des Füllvorganges etwas absinkt, läßt sich durch entsprechende Einstellung des Schwellwertes für den Endfüllstand erreichen, daß wenig später der Meßaufsatz problemlos abgehoben werden kann. Der konische Einfülltrichter erlaubt eine mechanisch einfache aber sehr exakte Positionierung des Meßaufsatzes auf jede Gußform, so daß die Voraussetzungen für eine reproduzierbare Füllhöhe geschaffen sind.
- Im Anspruch 3 wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen. Ein etwa trichterförmiger Meß- aufsatz aus Keramikmaterial, welcher dichtend auf den eigentlichen Einfülltrichter der Gußform aufsetzbar ist, wird mit mindestens zwei Magnetspulen ausgestattet. Die Magnetspulen umgeben außen den konischen Teil des Meßaufsatzes. Mindestens eine der Spulen ist als Sendespule ausgelegt und an eine Wechselstromquelle anschließbar und mindestens eine andere Spule ist als Empfangsspule ausgelegt und an eine Meß- und Steuerelektronik anschließbar. Mit dieser Ausrüstung kann der Meßaufsatz besonders empfindlich das Ansteigen des Flüssigmetallspiegels in seinem Inneren nachweisen. Benutzt wird dabei ein an sich bekanntes Meßprinzip: :
- Das von der Sendespule erzeugbare elektromagnetische Feld induziert in der Empfangsspule eine Spannung, welche in einem Meßgerät registriert werden kann. Die Magnetfeldlinien laufen durch den von den beiden Spulen umgebenen Raum und bewirken solange eine gute magnetische Kopplung der Spulen, wie keine Unterbrechung der Magnetfeldlinien erfolgt. Wird jedoch ein elektrisch leitendes Material, beispielsweise ein Flüssigmetall in den von den Feldlinien durchlaufenen Raum gebracht, so werden in dem elektrischen Leiter (zumindest bei magnetischen Wechselfeldern) Wirbelströme erzeugt, welche ein entgegengesetztes Magnetfeld hervorrufen. Dies führt zu einer Schwächung der magnetischen Kopplung der Spulen und damit zu einer Verringerung der in der Empfangsspule induzierten Spannung. Je.nach der Geometrie der Spulen und der Höhe der benutzten Frequenz ist ein empfindlicher Nachweis auch schon einer Annäherung des Flüssigmetallspiegels möglich. Bei Verwendung einer geeigneten Konstantwechselstromquelle läßt sich eine Messung mit sehr hoher absoluter Genauigkeit durchführen.
- In besonderer Ausgestaltung der Erfindung schlägt der Anspruch 4 vor, den trichterförmigen Meßaufsatz an seinem oberen Ende mit einem über die Spulen hinausragenden keramischen Wulst zum Schutz der Spulen zu versehen. Die Spulen sind dann eingebettet in den Raum zwischen der Sandgußform und dem Wulst. Diese Ausgestaltung verhindert, daß die Spulen durch Spritzer von flüssigem Metall oder andere Einwirkungen beschädigt werden.
- Da das keramische Material des Meßaufsatzes unter Umständen nur eine begrenzte und gegenüber den Spulen sehr viel kürzere Lebensdauer hat, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im Anspruch 5 vorgeschlagen, die Spulen zur Unterseite des abgenommenen Meßaufsatzes hin abnehmbar auszuführen. Insbesondere wird im Anspruch 6 vorgeschlagen, die Spulen mit ihren elektrischen Zuleitungen als eine auswechselbare Einheit zu gestalten, welche je nach Bedarf mit einem neuen keramischen Aufsatz versehen werden kann. Dies bewirkt, daß der aufwendigere Teil des Meßaufsatzes, nämlich die Spulen, ohne großen Aufwand und ohne Montage und Justierarbeiten mit einem neuen keramischen Mantel weiterbenutzt werden können.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Meßaufsatz gemäß dem Anspruch 7 in einer Halte- und Handhabungsmechanik befestigt sein soll, welche ein automatisches Umsetzen des Meßaufsatzes mit dem Gießofen von einer Gußform zur nächsten ermöglicht. Diese Ausführung bietet sich deshalb an, weil der Meßaufsatz durch die konische Form sehr leicht von selbst in seine exakte Arbeitsposition rutscht, wenn er mit Hilfe einer Mechanik, welche genügend Spiel aufweisen sollte, umgesetzt wird.
- In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 8 vorgeschlagen, das Spulensystem zusätzlich mit einer Temperaturmeßvorrichtung zu versehen, welche bei-besonders hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Messung eine Kompensation von temperaturbedingten Änderungen des Meßsignals ermöglicht.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigt
- Fig. 1 eine schematische Übersicht über die gesamte Anordnung,
- Fig. 2 einen Längsschnitt durch den oberen Teil einer Gußform mit aufgesetztem Meßaufsatz und
- Fig. 3 eine Ansicht von oben auf den Meßaufsatz.
- In Fig. 1 ist eine Sandgußform 1 mit aufgesetztem Meßaufsatz 2 dargestellt. Der Meßaufsatz wird von einer Haltevorrichtung 21 getragen, welche mit der Aufhängung 10 der Gießpfanne 8 verbunden ist. Ein Antrieb 9 steuert den Ausfluß aus dem Gießofen 8. Eine Konstantwechselstromquelle 6 versorgt die eine Spule des Meßaufsatzes mit einem konstanten Wechselstrom, und die in der zweiten Spule induzierte Spannung wird von einer Meß- und Steuerelektronik 7 registriert und in Steuersignale für den Antrieb 9 der Gießpfanne 8 umgesetzt. Nach Erreichen eines vorbestimmten Füllstandes wird die Zufuhr von Flüssigmetall aus der Gießpfanne 8 gestopt und die ganze Vorrichtung zur nächsten Gußform verfahren.
- In Fig. 2 und 3 ist der obere Teil einer Sandgußform mit aufgesetztem Meßaufsatz dargestellt (bzw. eine Ansicht von oben auf den Meßaufsatz. Die Sandgußform 1 weist einen Füllkanal 3 und darüber einen Einfülltrichter 4 auf. Auf den oberen Rand des Einfülltrichters 4 ist der Meßaufsatz 2 so aufsetzbar, daß sein konischer Teil 23 dichtend in den Einfülltrichter 4 hineingleitet. Das in den Einfülltrichter 4 ragende Ende 22 des Meßaufsatzes bewirkt eine exakte Positionierung. Der konische Teil 23 des Meßaufsatzes 2 ist von mindestens zwei ringförmigen Spulen 24, 25 umgeben. Die eine Spule 24 dient als Sendespule und ihre Zuleitungen sind an eine Konstantwechselstromquelle anschließbar. Die zweite Spule 25 dient als Empfangsspule und kann an eine Meß- und Steuerelektronik 7 angeschlossen werden. Die Zuleitungen der Spulen und gegebenenfalls eines nicht dargestellten Temperaturfühlers werden in einem gemeinsamen Schupzrohr 26 nach außen geführt. Eine Halterung 21 trägt den ganzen Meßaufsatz und ermöglicht in Verbindung mit der Mechanik der Gießpfanne ein Umsetzen des Meßaufsatzes.
- Bei Erreichen eines bestimmten Füllstandsspiegels 5 der Metallschmelze spricht die Meßelektronik an und stopt den Zufluß von weiterem Flüssigmetall. Die Magnetfeldlinien, welche im Prinzip beide Spulen auf einem geschlossenen Weg umlaufen müssen, um eine induktive Kopplung zu bewirken, werden durch Wirbelströme im Flüssigmetall stark geschwächt, wobei schon einfache geometrische Überlegungen zeigen, daß eine bedeutende Schwächung schon bei einem Füllstand nahe dem unteren Ende 22 des Meßaufsatzes eintritt. Während die Sandgußform 1 für die Magnetfeldlinien ebenso gut durchdringbar ist wie die keramischen Teile des Meßaufsatzes 2, sind schon wenige Millimeter Flüssigmetall für Magnetfeldlinien praktisch undurchdringlich. Darin besteht die Grundlage für präzise Messungen.
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