EP0208854A2 - Anordnung für die Steuerung des Kippvorgangs eines Schmelztiegels - Google Patents

Anordnung für die Steuerung des Kippvorgangs eines Schmelztiegels Download PDF

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EP0208854A2
EP0208854A2 EP86106158A EP86106158A EP0208854A2 EP 0208854 A2 EP0208854 A2 EP 0208854A2 EP 86106158 A EP86106158 A EP 86106158A EP 86106158 A EP86106158 A EP 86106158A EP 0208854 A2 EP0208854 A2 EP 0208854A2
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EP
European Patent Office
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crucible
arrangement according
setpoint
casting
lip
Prior art date
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EP86106158A
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English (en)
French (fr)
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EP0208854B1 (de
EP0208854A3 (en
Inventor
Friedrich-Werner Dr. Thomas
Jürgen Bruch
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Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Original Assignee
Leybold AG
Leybold Heraeus GmbH
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Publication date
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Publication of EP0208854A3 publication Critical patent/EP0208854A3/de
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Publication of EP0208854B1 publication Critical patent/EP0208854B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/06—Equipment for tilting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D37/00—Controlling or regulating the pouring of molten metal from a casting melt-holding vessel

Definitions

  • the actual pouring process of the melting product generally only begins at a tilting angle of the crucible of approximately 30 °, when the molten material just touches the pouring lip of the crucible, but has not yet run out.
  • the end point of the pouring process depends on the system, e.g. B. at 115 °.
  • the automatic pouring takes place between these two angular positions of the crucible using this teach-in method.
  • the casting process could always be started exactly at the 30 0 position of the crucible.
  • the molten material does not always touch the pouring lip of the crucible at a position of 30 °, either because the geometry of the crucible changes due to erosion or because the amount of material to be melted is not always the same.
  • the resulting deviations from the 30 ° angular position are max. + 10 °.
  • the material is always melted when the angle is 0 °. If pouring is initiated by teach-in of 30 °, the crucible must be brought into the corresponding pouring position of 30 ° + 10 ° for the above reasons, depending on the respective bath level. This movement is done either manually by observing the level of the melt by the operator or by automatic control via a level measuring device.
  • the Tilt angle once more and once less than 30 °. If the process of automatic pouring is now initiated in this position using the teach-in method, the crucible would first be brought into the stored starting position without a suitable correction and then tilted in accordance with the commands from the master memory until the casting process has ended.
  • the invention is therefore based on the object of providing a correction arrangement for a control device for a crucible, which automatically tilts this crucible from a specific angular position according to a predetermined pattern until it is emptied, which prevents these abrupt movements.
  • the advantage achieved by the invention is, in particular, that the advantages of automatic casting can also be used if the tilting angle at which the pouring lips of the crucible are touched changes from batch to batch by an amount of max.
  • the invention can be used both in automatic controls from a 30 ° position of the crucible and in automatic controls from any other angles of the crucible.
  • An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below.
  • FIG. 1 A crucible 1 of an induction furnace is shown in FIG. 1, which has a pouring spout 2 with pouring lips 3.
  • the actual dumping or pouring process takes place when the axis 4 of the crucible I is in a position between 30 ° and 115 °.
  • the angular position of the crucible axis which is important for the present invention, is the 30 ° position which is at the beginning of the casting process.
  • a key or another switching means By pressing a key or another switching means, the information stored in the memory is called up and converted into crucible positions.
  • the corresponding amount is Angle less than 30 °, for example only 20 °. If the operator were now to press the button which initiates the automatic casting process, the crucible drive would suddenly bring the crucible 1 from the 20 ° position into the 30 ° position, as a result of which large amounts of the melting material would spill out of the crucible 1. If the level in the crucible 1 is lower than in the ideal casting process, the melting material in the 30 ° position does not yet reach the pouring lip 3.
  • FIG. 2 In order to maintain the advantage of automatic crucible tilting by means of the teach-in method with little effort, even if the angle at which the melting material touches the pouring lip 3 of the crucible 1 is not constant, but diffuses by a certain value, one is inventively special correction of the tilt angle function made.
  • FIG. 2 Some corrected tilt angle functions are shown in FIG. 2, in which the tilt angles are plotted against time.
  • the straight line 5, which represents the automatic casting process represents a linear relationship between the tilt angle and the time, ie the crucible 1 is tilted by the same angle amounts at the same time intervals.
  • the automatic casting process ends at time t E.
  • Line 5 starts at point 6, where the crucible already has a tilt angle ⁇ PL of 30 °.
  • the point 6 thus marks the state in which the melting material exactly touches the pouring lip 3.
  • the dashed line 7 indicates the area of manual control or automatic control via an optical level measuring device with ideal. Hot melt level. If the melt level in the crucible 1 is higher than it should be, the pouring lip is already reached at less than 30 °, for example at 20 ° in point 8.
  • the area of manual control or control by means of an optical level measuring device is identified by straight line 9. So that the automatic casting process ends at this point in time t E , casting must be carried out more quickly, which is why the steepness of the straight line 10 is greater than the steepness of the straight line 5. Inverse conditions occur when the level of the melting material in the crucible 1 is below the Ideal value.
  • the crucible 1 must be tilted, for example, up to the 40 ° position 11 so that the melting material is off pouring lip 3 touched. If the automatic casting process is also to be ended here after the time t E , casting must be carried out more slowly, which is expressed by the lower steepness of the straight line 12.
  • the ideal casting curve need not be a straight line 5, but can also be a non-linear curve 13, which is shown in broken lines in FIG. 2.
  • curve 14, which is also drawn in dashed lines, represents the associated non-linear, corrected curve which, if the level of the melting material is too low, ensures the same casting time t E -t A as is given at the ideal level of the melting material.
  • a correction value is derived from a position setpoint of the ideal casting curve, which corrects the ideal position setpoint such that, depending on the position, the corrected curves 10 and 12 result from the uncorrected ideal curve 5.
  • FIG. 3 shows the use of the invention in automatic crucible tipping with correction by means of a basic block diagram.
  • the crucible 1 with the pouring spout 2 and the pouring lip 3 can be seen.
  • the crucible 1 is rotatably supported and can be rotated by rotating one with it connected gear 80 can be pivoted clockwise and counterclockwise.
  • the toothed wheel 80 engages in a toothed rack 81 which can be actuated, for example, by a hydraulic actuating cylinder 82.
  • a position actual value transmitter 83 is connected to this actuating cylinder 82 and converts the respective actual positions of the crucible 1 into electrical signals.
  • a hydraulic control valve 87 is controlled by a position controller 85 via a servo amplifier 86.
  • the control valve 87 causes a more or less strong supply of a hydraulic medium from a hydraulic supply 88 to the actuating cylinder 82. It should be mentioned here that of course any other actuating element, for. B. drives, magnets, etc. can be used.
  • the position controller 85 is supplied with both the actual position value of the actual position value transmitter 83 and a value via an addition point 107 which is present at one of the connection points 104, 105, 106 of an operating mode selector switch.
  • To the Connection point 104 is the position manual setpoint, which is tapped at resistor 84.
  • a signal which is formed by the addition point 96 is fed to the connection point 105. This addition point 96 receives a signal from a program memory 89 and from the correction potentiometer 37.
  • a signal from an integrator 90 arrives at the connection point 106, the input of which can optionally be connected to various setpoint transmitters via switches 97-100.
  • the setpoint "tilt position -15 °" reaches the integrator via the switch 97, which is tapped at a resistor 94.
  • the setpoint "tilting position 0 °" of another setpoint generator 93 reaches the integrator 90 via the switch 98.
  • the same applies to the tilting positions "30 °” and "90 °", which come from the setpoint generators 92, 91 and via switches 99, 100 can be fed to the integrator 90.
  • the correction signal which is tapped at the potentiometer 37, is generated with the amplifier circuits 108, 109, to which the "I15 °" setpoint W E is added via the addition point 113 and optionally via the switch 110 the position manual setpoint W H , via the switch 111 the " 30 ° "setpoint and switch 112, the setpoint is supplied from the teach-in program memory.
  • the correction value also passes from the potentiometer 37 to an addition point 101, which is located between the switch 99 and the resistor 92.
  • the circuit part 114, 115, 116 serves for the optical display that the correction function is set correctly.
  • the operating mode selector switch which can be set to positions 104, 105, 106, it is possible to select different operating modes.
  • position 104 pure manual control is possible.
  • the automatic tilting process is carried out in position 105 in accordance with the instructions of program memory 89, specifically with the ⁇ 10 ° correction according to the invention.
  • position 106 the automatic tilting to fixed positions takes place.
  • the correction circuit 108, 109, 113 according to FIG. 3 is shown in detail.
  • digital corrections using a computer or the like are also possible as an alternative.
  • FIG. 4b The characteristic field belonging to the circuit arrangement of FIG. 4a is shown in FIG. 4b.
  • the end position of the crucible at 115 ° is set, for example, at -10 V at point 20. These -10 V are supplied via a resistor 21 to an input 19 of an amplifier 22.
  • the setpoint position W of the crucible, which is present at point 23, also reaches the input 19 of the amplifier 22 via a resistor 24.
  • the inverting amplifier 22 with the adjustable feedback resistor 25 supplies at its output the negative sum of those present at points 20 and 23 Voltages multiplied by the gain given by resistors 21, 24 and 25.
  • an inverting amplifier 33 is provided, the input of which is connected via a resistor 34 to the output 26 of the amplifier 22 and which has a feedback resistor 35.
  • a potentiometer 37 is placed between the outputs 26, 36 of the two amplifiers 22, 33 and can be used to set various correction characteristics according to FIG. 4b.
  • the correction circuit is designed so that at a setpoint W of 30 ° at the output of the amplifier 22 there is a voltage which corresponds to an angle of + 10 °. At the output of the inverter 33 there is therefore a voltage which corresponds to - 10 °. These two values lie on both sides of the potentiometer 37, so that the correction value K can be set between + 10 ° and - 10 ° at a set value W of 30 °.
  • the output voltage of amplifier 22 goes to zero, i.e. the set correction becomes less and less effective and when the end position is reached, the corrected curve and the original curve are identical (see curves 5, 10 , 12 in Fig. 2).
  • the correction function is taken into account in such a way that a standardized casting curve is stored in the program memory.
  • H a pouring curve that starts exactly at 30 °.
  • the correction value K at the addition point 95 is subtracted from the hand setpoint WH.
  • the correction signal K is added at the addition point 96 to the standardized casting curve output by the program memory.
  • the correction setting can in practice, for. B. done in such a way that the operator manually tilts the crucible 1 by means of the potentiometer 84 to such an extent that the melt just touches the pouring lip 3.
  • the correction potentiometer 37 is adjusted until the display 116 signals the correct setting.
  • the automatic pouring process can then be initiated, with a smooth transition from manual operation to automatic casting being ensured due to the correction circuit.
  • FIG. 5 shows the use of the invention in automatic crucible tilting in a basic block diagram. Only the part of the figure that differs from FIG. 3 is explained below.
  • the switch 512 is opened and the hand setpoint present at this time, which corresponds to the actual pour lip position ⁇ ' PL , in the Ana log memory 513.501 saved.
  • a suitable correction function is formed in the analog arithmetic circuit 502 to 509 from the difference to the exact pour lip value 30 °, from the final value W E (115 °) and the current setpoint W G or W H.
  • the correction circuit 501 to 516 according to FIG. 5 is shown in detail in FIG. 6a.
  • digital corrections with the aid of a computer or the like are alternatively also possible.
  • FIG. 6a The characteristic field belonging to the circuit in FIG. 6a is shown in FIG. 6b for the teach-in process and in FIG. 6c for the casting process.
  • the hand setpoint W H is at the output of the amplifier 601 as long as the switch 512 is closed. If switch 512 is opened at the start of casting or at the start of teach-in, the most recent manual setpoint W H is saved as the start value W St. This always corresponds to the respective pour lip position ⁇ ' PL .
  • the amplifier 604 forms the difference between the exact pour lip value WpL and the starting value W St.
  • the amplifier 603 forms the difference between the final value W E and the starting value W St during the teach-in process, and the difference between the final value W E and the exact pour lip value Wp L during the casting process.
  • the quotient of the differences (W PL -WSt) / (W E -W PL during the casting process b between (W PL -W St ) / (W E -W St ) during the teach-in process) is at the output of the divider 605
  • the quotient is multiplied by the component K06 with the difference between the final value W E and the current setpoint W, which is formed by the amplifier 602.
  • the switch setpoint 510 is used to switch the program setpoint W G during casting and with the current setpoint W.
  • Switch 511 selected the manual setpoint W H during teach-in.
  • the different correction functions are made possible by switch 514.
  • correction K T is added to the manual setpoint 95 in order to obtain the standard curve required for saving
  • Correction K G generated is added to the program setpoint in order to obtain the current casting curve from the standard curve

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Abstract

Beim automatischen Schmelztiegelkippen ist es von Bedeutung, daß der Schmelztiegel (1) von einer bestimmten Winkellage aus nach einem vorgegebenen Muster bis zum Entleeren gekippt wird. Dieses Muster kann beispielsweise durch das sogenannte Teach-In-Verfahren gewonnen und in einem analogen oder digitalen Speicher (89) abgelegt werden. Damit eine abrupte Bewegung des Tiegels (1) verhindert wird, wenn das Schmelzgut bei Erreichen des Pour-Lip-Winkels die Ausgießlippe des Tiegels (1) berührt, ist erfindungsgemäß eine Korrekturanordnung (108, 109, 37) vorgesehen, die auch bei unterschiedlichen Pour-Lip-Winkeln den Kippvorgang stetig und ohne abrupte Bewegung ablaufen läßt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Steuerung des Kippvorgangs eines Schmelztiegels, mit einer in einem Speicher abgelegten GieBkurve, welche den Gießvorgang wenigstens vom Beginn des Ausgießens, wenn der Schmelztiegel die Pour-Lip-Winkelstellung α PL einnimmt, bis zum vollständigen Entleeren des Schmelztiegels nach Maßgabe einer auf bestimmte geometrische Verhältnisse des Schmelztiegels und/oder des Schmelzguts bezogenen Funktion α = f(t) steuert, wobei α der Kippwinkel des Schmelztiegels und t die Zeit bedeuten.
  • Bei der Herstellung von Präzisionsgußteilen ist es erforderlich, den GieBvorgang innerhalb einer sehr kurzen Zeit abzuwickeln, damit das flüssige Schmelzgut in der Gießform möglichst gleichzeitig dem Erstarrungsprozeß unterworfen wird. Wird zu langsam gegossen, so ist das zuerst in die Gießform gegebene Schmelzgut bereits abgekühlt und erstarrt, wenn das später ausgegossene Schmelzgut in die Gießform gelangt. Die auf diese Weise gegossenen Teile entsprechen hinsichtlich ihrer Festigkeit nicht den angestrebten Werten.
  • Um ein schnelles und reproduzierbares Ausgießen des Schmelzguts aus einem Tiegel in eine Gießform zu gewährleisten, muß man den Gießvorgang automatisieren. Besonders vorteilhaft ist hierbei die sogenannte Teach-in-Methode. Bei dieser Methode werden z. B. verschiedene Probegießvorgänge durchgeführt und die jeweiligen Gießkurven, d. h. die .Kurven, welche den Kippwinkel des Tiegels in Abhängigkeit von der Zeit darstellen, direkt in Speichern abgelegt. Diejenige Gießkurve, welche das beste Gießergebnis bringt, wird für die folgenden Gießvorgänge als Muster verwendet. Der Speicher, der die optimale Gießkurve enthält, ist somit der "Master"-Speicher für alle zukünftigen Gießvorgänge. Er steuert automatisch den Gießvorgang vom Anfang bis zum Ende und gewährleistet auf diese Weise dessen Reproduzierbarkeit von Charge zu Charge.
  • Der eigentliche Ausgießvorgang des Schmelzgutes beginnt im allgemeinen erst bei einem Kippwinkel des Tiegels von ca. 30°, wenn das geschmolzene Material gerade die Ausgießlippe des Tiegels berührt, aber noch nicht ausläuft. Der Endpunkt des Ausgießvorgangs liegt anlagenabhängig z. B. bei 115°. Zwischen diesen beiden Winkelstellungen des Tiegels geschieht das automatische Ausgießen mittels dieser Teach-In-Methode.
  • Bliebe die Geometrie des Tiegels unveränderlich und würde stets die gleiche Menge von zu schmelzendem Material in den Tiegel gegeben, so könnte man jedesmal exakt bei der 300-Stellung des Tiegels mit dem Gießvorgang beginnen. In der Praxis berührt das geschmolzene Material die Ausgießlippe des Tiegels jedoch nicht immer bei einer Stellung von 30°, weil sich entweder die Geometrie des Tiegels durch Abbrand verändert oder weil die zugeführte Menge des zu schmelzenden Materials nicht stets die gleiche ist. Die hierdurch verursachten Abweichungen von der Winkelstellung 30° betragen in der Praxis max. + 10°.
  • Das Einschmelzen des Materials geschieht immer bei der Winkelstellung 0°. Wird das Abgießen mittels Teach-In von 30° eingeleitet, so muß der Tiegel entsprechend der jeweiligen Schmelzbad-Spiegelhöhe aus obigen Gründen jeweils in die entsprechende Ausgießposition von 30° + 10° gebracht werden. Diese Bewegung geschieht entweder von Hand durch Beobachtung des Standes der Schmelze durch den Bediener oder durch automatische Steuerung über ein Füllstandsmeßgerät.
  • Wird unter diesen Voraussetzungen der Tiegel so weit gekippt, daB das geschmolzene Material die Ausgießlippe des Tiegels berührt, so kann der Kippwinkel einmal mehr und einmal weniger als 30° betragen. Wird nun in dieser Position der Vorgang des automatischen AbgieBens mittels der Teach-In-Methode eingeleitet, so würde ohne eine geeignete Korrektur der Tiegel zunächst in die gespeicherte Anfangsposition gebracht und dann entsprechend den Befehlen des Masterspeichers gekippt, bis der Gießvorgang beendet ist.
  • Da Tiegelkippantriebe große Kräfte entfalten, wird der Tiegel schlagartig von der Position, an welcher das Schmelzgut die Ausgießlippen des Tiegels berührt, in die gespeicherte Startposition bewegt. Durch diese ruckartige Bewegung kann das Schmelzgut aus dem Tiegel schwappen und Schäden verursachen. Dieses ruckartige Verhalten würde also immer dann auftreten, wenn die über das Teach-In-Verfahren abgespeicherte Pour-Lip-Position sich von der tatsächlich manuell oder mittels optischem Niveau-Meßgerät eingestellten unterscheidet.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Steuereinrichtung für einen Schmelztiegel, die diesen Schmelztiegel von einer bestimmten Winkellage aus automatisch nach einem vorgegebenen Muster bis zum Entleeren kippt, eine Korrekturanordnung vorzusehen, welche diese abrupten Bewegungen verhindert.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Korrekturschaltung gelöst, die unter Berücksichtigung eines veränderten Pour-Lip-Winkels α' PLdie stetige Funktion d= f(t) in eine andere stetige Funktion umwandelt, die zu Beginn des Gießvorgangs im Zeitpunkt tA einen Kippwinkel α'PL hat, der vom KIppwinkel αPL abweicht, und die am Ende des Gießvorgangs zum Zeitpunkt tE einen Kippwinkel £' hat, der mit dem Kippwinkel α im Zeitpunkt tE identisch ist.
  • Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht Insbesondere darin, daß die Vorteile des automatischen Gießens auch dann genutzt werden können, wenn sich der Kippwinkel, bei dem die AusgieBlippen des Schmelztiegels berührt werden, von Charge zu Charge um einen Betrag von max.
    • + 10 % verändert.
  • Die Erfindung ist sowohl bei automatischen Steuerungen aus einer 30°-Position des Tiegels als auch bei automatischen Steuerungen aus beliebigen anderen Winkeln des Tiegels einsetzbar. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Gießtiegel mit verschiedenen eingezeichneten Winkelpositionen der vertikalen Tiegelachse;
    • Fig. 2 den Kippwinkel oC des Tiegels in Abhängigkeit von der Zeit t bei verschiedenen Kippvorgängen mit gleicher Kippzeit;
    • Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der automatischen Tiegelkippeinrichtung mit manueller Korrektur der Pour-Lip-Position;
    • Fig. 4a ine analoge Schaltungsanordnung zur manuellen Einstellung einer Korrekturfunktion für eine vorgegebene Gießfunktion α= f(t), wobei die automatische Steuerung des Tiegels aus der Stellung α'PL = 30° ± 10° heraus erfolgt;
    • Fig. 4b verschiedene Kennlinien von Korrekturwerten K in Abhängigkeit vom Sollwert W, die mit einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4a erzeugt werden können;
    • Fig. 5 eine Prinzipdarstellung der automatischen Tiegelkippeinrichtung mit automatischer Korrektur der Pour-Lip-Position;
    • Fig. 6a eine analoge Schaltungsanordnung zur automatischen Erzeugung einer Korrekturfunktion für eine vorgegebene Gießfunktion α= f(t), wobei die automatische Steuerung des Tiegels aus der Stellung α'PL = 30° ± 10° heraus erfolgt;
    • Fig. 6b ein zur Schaltungsanordnung der Fig. 6a gehörendes Kennlinienfeld für den Teach-In-Vorgang;
    • Fig. 6c ein zur Schaltungsanordnung der Fig. 6a gehörendes Kennlinienfeld für den Gießvorgang;
  • In der Fig. 1 ist ein Tiegel 1 eines Induktionsofens dargestellt, der eine Gießschnauze 2 mit GieBlippen 3 aufweist. Die vertikale Achse dieses Tiegels 1 ist mit 4 bezeichnet und ist hier mit dem Klppwinkel α = 0° identisch. In der Stellung= 0° kann eingeschmolzen oder chargiert werden. Auch die notwendigen Verfahrensmessungen werden in dieser Position durchgeführt. In der Praxis liegt die Kippachse in der Nähe der Gießlippe.
  • Wird der Tiegel 1 z. B. durch manuelle Steuerung im Gegenuhrzeigersinn gekippt, so nimmt er schließlich den Winkel α=-15° ein. In dieser Position können die notwendigen Schlackenarbeiten vorgenommen werden.
  • Beim Kippen des Tiegels 1 im Uhrzeigersinn nimmt seine Längsachse 4 nach einer bestimmten Zeit die Position αPL= 30° ein, in welcher im Normalfall der Ausgießvorgang eingeleitet wird. Wünschenswert ist, daB bei αPL = 30° das geschmolzene Material gerade die Ausgießlippen berührt, aber noch nicht ausläuft. Dieser Idealzustand trifft indessen nicht für jeden Gießvorgang zu, weil der Pegel des Schmelzguts im Tiegel 1 aufgrund verschieden großer Rohmaterialbarren, die in den Tiegel 1 zum Schmelzen gegeben werden, oder aufgrund eines Tiegelabbrands variieren kann. In der Praxis ergeben sich hierbei Schwankungen des sog. "Pour-Lip-Winkels" α PL von + 10°.
  • Der eigentliche Auskipp- oder AusgieBvorgang geschieht bei einer Stellung der Achse 4 des Tiegels I zwischen 30° und 115°.
  • Nach dem Ausgießen kann, sofern erforderlich, der Tiegel 1 in eine Position α= 90° zum Zwecke des Tiegelaustauschs oder Neuchargierens gefahren werden.
  • Die für die vorliegende Erfindung wichtige Winkelposition der Tiegelachse ist die 30°-Position, die am Beginn des Gießvorgangs steht. Wie bereits erwähnt, ist diese Position in einem Speicher, vorzugsweise einem Digitalspeicher, abgelegt, der den weiteren Ablauf des Gießvorgangs nach Maßgabe der einprogrammierten Optimal-Kurve α = f(t) steuert. Durch Betätigen einer Taste oder eines anderen Schaltmittels werden die in dem Speicher gespeicherten Informationen abgerufen und in Tiegelpositionen umgesetzt.
  • Ist der Pegel des Schmelzguts im Tiegel höher als er bei dem einprogrammierten Ideal-Gießvorgang war, und steuert die Bedienungsperson per Hand oder ein optisches Niveaumeßgerät automatisch den Tiegel 1 in diejenige Position, in welcher das Schmelzgut gerade die Gießlippe 3 berührt, so beträgt der zugehörige Winkel weniger als 30°, beispielsweise nur 20°. Würde die Bedienungsperson nun die Taste drücken, welche den automatischen Gießvorgang einleitet, so würde der Tiegel-Antrieb den Tiegel 1 aus der 20°-Stellung schlagartig in die 30°-Stellung bringen, wodurch große Mengen des Schmelzguts aus dem Tiegel 1 herausschwappen würden. Ist der Pegel im Tiegel 1 niedriger als bei dem Ideal-Gießvorgang, so reicht das Schmelzgut in der 30°-Stellung noch nicht bis zur Ausgießlippe 3. Die Bedienungsperson oder das automatische Niveaumeßgerät werden deshalb den Tiegel 1 weiterkippen, bis das Schmelzgut die Ausgießlippe 3 berührt, z. B. bis zu einem Winkel von cC = 40°. Drückt sie nun auf die Taste, die den automatischen Gießvorgang einleitet, so wird der Tiegel 1 schlagartig in die 30°-Stellung zurückgekippt und beginnt dann erst wieder mit dem Ausgießvorgang, bei dem zunächst allerdings gar nicht gegossen wird, weil das Schmelzgut erst erneut an die Ausgießlippe 3 gelangen muß. Ist es schließlich an die Ausgießlippe gelangt, so wird es mit einer Geschwindigkeit ausgekippt, die nicht der idealen Geschwindigkeit entspricht. Dies alles sind Nachteile, welche das ansonsten vorteilhafte Teach-In-Verfahren negativ beeinflussen.
  • Man kann jedoch, um diesen Nachteil zu vermeiden, für zahlreiche Winkel α'LP, bei denen das Schmelzgut die Gießlippen des Tiegels berührt, eine besondere ideale Gießkurve über das Teach-In-Verfahren speichern. Der jeweilige Winkel α 'PL kann automatisch durch Sensoren erfaßt werden. Allerdings bedeutet dies einen relativ hohen Aufwand.
  • Um den Vorteil des automatischen Tiegelkippens mittels der Teach-In-Methode auch dann mit geringem Aufwand beizubehalten, wenn der Winkel, bei dem das Schmelzgut die Ausgießlippe 3 des Tiegels 1 berührt, nicht konstant ist, sondern um einen bestimmten Wert streut, wird erfindungsgemäß eine besondere Korrektur der Kippwinkeifunktion vorgenommen. Einige korrigierte Kippwinkelfunktionen sind in der Figur 2 dargestellt, in welcher die Kippwinkel jeweils über der Zeit aufgetragen sind. Die Gerade 5, welche den automatischen Gießvorgang repräsentiert, stellt in dieser Fig. 2 einen linearen Zusammenhang zwischen dem Kippwinkel und der Zeit dar, d. h. in gleichen Zeitabständen wird der Tiegel 1 um gleiche Winkelbeträge gekippt. Im Zeitpunkt tE ist der automatische Gießvorgang beendet. Die Gerade 5 setzt im Punkt 6 an, wo der Tiegel bereits einen Kippwinkel αPL von 30° hat. Der Punkt 6 markiert somit den Zustand, bei dem das Schmelzgut exakt die Ausgleßlippe 3 berührt. Die gestrichelte Linie 7 kennzeichnet den Bereich der manuellen Steuerung oder der automatischen Steuerung über ein optisches Niveaumeßgerät bei idealem. Schmelzgut-Pegel. Ist der Schmelzgut-Pegel im Tiegel 1 höher als er sein sollte, so wird die Ausgießlippe bereits bei weniger als 30°, beispielsweise bei 20° in Punkt 8 erreicht. Der Bereich der Handsteuerung oder der Steuerung mittels optischem Niveau- meßgerät ist hierbei durch die Gerade 9 gekennzeichnet. Damit auch in diesem der automatische Gießvorgang im Zeitpunkt tE beendet ist, muß schneller automatisch gegossen werden, weshalb die Steilheit der Geraden 10 größer ist als die Steilheit der Geraden 5. Umgekehrte Verhältnisse treten auf, wenn der Pegel des Schmelzguts im Tiegel 1 unterhalb des Idealwerts liegt. In diesem Fall muß der Tiegel 1 beispielsweise bis in die 40°-Position 11 gekippt werden, damit das Schmelzgut die Ausgießlippe 3 berührt. Soll der automatische Gießvorgang auch hier nach der Zeit tE beendet sein, so muß langsamer gegossen werden, was durch die geringere Steilheit der Geraden 12 zum Ausdruck kommt.
  • Die ideale Gießkurve muß nicht eine Gerade 5, sondern kann auch eine nicht-lineare Kurve 13 sein, die in der Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet ist. In diesem Fall stellt die ebenfalls gestrichelt gezeichnete Kurve 14 die zugehörige nicht-lineare, korrigierte Kurve dar, die bei einem zu geringen Pegel des Schmelzguts die gleiche Gießzeit tE-tA gewährleistet, wie sie bei idealem Pegel des Schmelzguts gegeben ist.
  • Erfindungsgemäß wird aus einem Positionssollwert der idealen Gießkurve ein Korrekturwert abgeleitet, der den idealen Positionssollwert derart korrigiert, daß sich, abhängig von der Position, aus der unkorrigierten idealen Kurve 5 die korrigierten Kurven 10 bzw. 12 ergeben.
  • In der Fig. 3 ist der Einsatz der Erfindung beim automatischen Tiegelkippen mit Korrektur durch ein Prinzip-Blockschaltbild dargestellt Man erkennt hierbei wieder den Tiegel 1 mit der Ausgießschnauze 2 und der Gießlippe 3. Der Tiegel 1 ist drehbar gelagert und kann durch Drehen eines mit ihm verbundenen Zahnrads 80 im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn geschwenkt werden. Das Zahnrad 80 greift in eine Zahnstange 81 ein, die beispielsweise von einem hydraulischen Stellzylinder 82 betätigt werden kann. Mit diesem Stellzylinder 82 ist ein Positions-Istwertgeber 83 verbunden, der die jeweiligen Ist-Positionen des Tiegels 1 in elektrische Signale umwandelt. Ein hydraulisches Stellventil 87 wird über einen Servoverstärker 86 von einem Positionsregler 85 angesteuert. Das Stellventil 87 bewirkt eine mehr oder weniger starke Zufuhr eines hydraulischen Mediums aus einer Hydraulikversorgung 88 zum Stellzylinder 82. Erwähnt sei hier, daß natürlich jedes andere Stellelement, z. B. Antriebe, Magnete etc. angewendet werden kann. Dem Positionsregler 85 wird sowohl der Positions-Istwert des Positions-Istwertgebers 83 als auch ein Wert über eine Additionsstelle 107 zugeführt, der an einem der Anschlußpunkte 104,105,106 eines Betriebswahlschalters ansteht. An dem Anschlußpunkt 104 steht der Positions-Handsollwert an, der an dem Widerstand 84 abgegriffen wird. Dem Anschlußpunkt 105 wird ein Signal zugeführt, das durch die Additionsstelle 96 gebildet wird. Diese Additionsstelle 96 erhält ein Signal aus einem Programmspeicher 89 und vom Korrekturpotentiometer 37. An den Anschlußpunkt 106 gelangt ein Signal aus einem Integrator 90, dessen Eingang wahlweise über Schalter 97-100 mit verschiedenen Sollwertgebern verbindbar ist. Über den Schalter 97 gelangt der Sollwert "Kippstellung -15°" zu dem Integrator, der an einem Widerstand 94 abgegriffen wird. In entsprechender Weise gelangt der Sollwert "Kippstellung 0°" eines anderen Sollwertgebers 93 über den Schalter 98 an den Integrator 90. Gleiches gilt für die Kippstellungen "30°" und "90°", die von den Sollwertgebern 92,91 kommen und über Schalter 99,100 dem Integrator 90 zugeführt werden können.
  • Das Korrektursignal, welches am Potentiometer 37 abgegriffen wird, wird mit den Verstärkerschaltungen 108,109 erzeugt, denen Ober die Additionsstelle 113 der "I15°"-Sollwert WE sowie wahlweise über den Schalter 110 der Positions-Handsollwert WH, über den Schalter 111 der "30°"-Sollwert sowie über den Schalter 112 der Sollwert aus dem Teach-In-Programmspeicher zugeführt wird.
  • Vom Potentiometer 37 gelangt der Korrekturwert auch noch auf eine Additionsstelle 101, die sich zwischen dem Schalter 99 und dem Widerstand 92 befindet. Der Schaltungsteil 114,115,116 dient zur optischen Anzeige, daB die Korrekturfunktion richtig eingestellt ist.
  • Mit dem Betriebsartenwahlschalter, der in die Stellungen 104,105,106 gebracht werden kann, ist es möglich, verschiedene Betriebsarten auszuwählen. In der Stellung 104 ist eine reine Handsteuerung möglich. Dagegen wird in der Stellung 105 gemäß den Befehlen des Programmspeichers 89 der automatische Kippvorgang durchgeführt, und zwar mit der erfindungsgemäBen ± 10°-Korrektur. In der Stellung 106 findet das automatische Kippen auf Festpositionen statt.
  • In der Fig. 4a ist die Korrekturschaltung 108,109,113 gemäß Fig. 3 ausführlich dargestellt. Selbstverständlich sind auch alternativ digitale Korrekturen mit Hilfe eines Rechners oder dergleichen möglich.
  • Das zur Schaltungsanordnung der Fig. 4a gehörige Kennlinienfeld ist in der Fig. 4b dargestellt.
  • Die Endposition des Tiegels bei 115° wird beispielsweise mit -10 V am Punkt 20 festgelegt. Diese -10 V werden über einen Widerstand 21 einem Eingang 19 eines Verstärkers 22 zugeführt. Der Positionssollwert W des Tiegels, der am Punkt 23 ansteht, gelangt ebenfalls über einen Widerstand 24 auf den Eingang 19 des Verstärkers 22. Der invertierende Verstärker 22 mit dem einstellbaren Rückkopplungswiderstand 25 liefert an seinem Ausgang die negative Summe der an den Punkten 20 und 23 anliegenden Spannungen, multipliziert mit dem durch die Widerstände 21, 24 und 25 gegebenen Verstärkungsfaktor.
  • Um die Korrektur-Kennlinien für beide Polaritäten einspeisen zu können, ist ein Umkehrverstärker 33 vorgesehen, dessen Eingang über einen Widerstand 34 mit dem Ausgang 26 des Verstärkers 22 verbunden ist und der einen Rückkopplungswiderstand 35 aufweist. Zwischen den Ausgängen 26,36 der beiden Verstärker 22,33 ist ein Potentiometer 37 gelegt, mit dem verschiedene Korrektur-Kennlinien gemäß Fig. 4b eingestellt werden können.
  • In der Fig. 4b sind die Korrekturwerte K, die am Abgriff des Potentiometers 37 anstehen, in Abhängigkeit vom idealen Positionssollwert angegeben. Diese Korrekturwerte K hängen außer vom Positionssollwert W auch noch vom jeweils eingestellten Verstärkungsfaktor des Verstärkers 22 ab und von der Einstellung des Korrekturpotentiometers 37. Jede einzelne Kennlinie 27-32 ist somit einer bestimmten Einstellung des Potentiometers 37 zugeordnet.
  • Die Korrekturschaltung ist so ausgelegt, daß bei einem Sollwert W von 30° am Ausgang des Verstärkers 22 eine Spannung liegt, die einem Winkel von + 10° entspricht. Am Ausgang des Inverters 33 liegt somit eine Spannung, die - 10° entspricht. Diese beiden Werte liegen an beiden Seiten des Potentiometers 37, so daß bei einem Sollwert W von 30° der Korrekturwert K zwischen + 10° und - 10° eingestellt werden kann. Bei Annäherung des Sollwertes an die Endposition 115° (≙ 10 V) geht die Ausgangsspannung des Verstärkers 22 gegen Null, d. h. die eingestellte Korrektur wird immer weniger wirksam und beim Erreichen der Endposition ist die korrigierte Kurve und die Originalkurve identisch (siehe Kurven 5,10,12 in Fig. 2).
  • Beim Teach-In-Vorgang wir die Korrekturfunktion so berücksichtigt, daß im Programmspeicher eine normierte GIeßkurve abgelegt wird, d. h. eine Gießkurve, die exakt bei 30° beginnt. Dazu wird vom Handsollwert WH der Korrekturwert K an der Additionsstelle 95 subtrahiert. Beim Gießvorgang wird das Korrektursignal K an der Additionsstelle 96 zu der vom Programmspeicher ausgegebenen normierten Gießkurve addiert.
  • Die Korrektureinstellung kann in der Praxis z. B. in der Weise erfolgen, daß der Bediener manuell mittels des Potentiometers 84 den Tiegel 1 soweit kippt, daß die Schmelze gerade die Ausgießlippe 3 berührt. Das Korrekturpotentiometer 37 wird soweit verstellt, bis die Anzeige 116 die richtige Einstellung signalisiert. Danach kann der automatische Abgießvorgang eingeleitet werden, wobei aufgrund der Korrekturschaltung ein ruckfreier Übergang vom Handbetrieb zum automatischen Gießen gewährleistet ist.
  • In Fig. 5 ist in einem Prinzip-Blockschaltbild der Einsatz der Erfindung beim automatischen Tiegelkippen dargestellt. Es wird im folgenden nur der Teil der Figur erläutert, der von Fig. 3 abweicht.
  • Zu Beginn des Teach-In-Vorgangs bzw. des Gieß-Vorgangs wird der Schalter 512 geöffnet und der zu diesem Zeitpunkt vorliegende Handsollwert, der der tatsächlichen Pour-Lip-Position α 'PL entspricht, im Analogspeicher 513,501 gespeichert. Aus der Differenz zum exakten Pour-Lip-Wert 30°, aus dem Endwert WE (115°) und dem aktuellen Sollwert WG oder WH wird in der analogen Rechenschaltung 502 bis 509 eine geeignete Korrekturfunktion gebildet.
  • In Fig. 6a ist die Korrekturschaltung 501 bis 516 gemäß Figur 5 ausführlich dargestellt. Selbstverständlich sind alternativ auch digitale Korrekturen mit Hilf eines Rechners oder dergleichen möglich.
  • Das zur Schaltung Fig. 6a gehörende Kennlinienfeld ist in Fig. 6b für den Teach-In-Vorgang und in Fig. 6c für den Gießvorgang dargestellt.
  • Am Ausgang des Verstärkers 601 liegt der Handsollwert WH, solange der Schalter 512 geschlossen ist. Wenn bei Gießbeginn oder Teach-In-Beginn der Schalter 512 geöffnet wird, wird der zuletzt vorhandene Hand- sollwert WH als Startwert WSt gespeichert. Dieser entspricht immer der jeweiligen Pour-Lip-Position α'PL. Der Verstärker 604 bildet die Differenz aus dem exakten Pour-Lip-Wert WpL und dem Startwert WSt. Der Verstärker 603 bildet beim Teach-In-Vorgang die Differenz aus dem Endwert WE und dem Startwert WSt, beim Gießvorgang die Differenz aus dem Endwert WE und dem exakten Pour-Lip-Wert WpL. Am Ausgang des Dividierers 605 liegt der Quotient aus den Differenzen (WPL-WSt)/ (WE-WPL beim Gießvorgang bzw. (WPL-WSt)/(WE-WSt) beim Teach-In-Vorgang. Der Quotient wird mit der Differenz aus dem Endwert WE und dem aktuellen Sollwert W, die von dem Verstärker 602 gebildet wird, durch den Baustein K06 multipliziert. Als aktueller Sollwert W wird mit dem Schalter 510 der Programmersollwert WG beim Gießen und mit dem Schalter 511 der Handsollwert WH beim Teach-In ausgewählt. Die unterschiedlichen Korrekturfunktionen werden durch den Umschalter 514 ermöglicht. Beim Teach-In wird die erzeugte Korrektur KTzum Handsollwert addiert 95, um die zum Abspeichern notwendige Normkurve zu erhalten; beim Gießen wird die erzeugte Korrektur KG zum Programmsollwert addiert, um aus der Normkurve die aktuelle Gießkurve zu erhalten. Die in Fig. 6a in Klammern angegebenen Beziehungen gelten, wenn der Umschalter 514 in Position Teach-In steht.

Claims (15)

1. Anordnung für die Steuerung des Kippvorgangs eines Schmelztiegels (I), mit einer in einem Speicher (89) abgelegten Gießkurve, welche den Gießvorgang wenigstens vom Beginn des Ausgießens, wenn der Schmelztiegel (1) die Pour-Lip-Winkelstellung α PL einnimmt, bis zum vollständigen Entleeren des Schmelztiegels (1) nach Maßgabe einer auf bestimmte geometrische Verhältnisse des Schmelztiegels (1) und oder des Schmelzguts bezogenen Funktionα = f(t) steuert, wobei α der Kippwinkel des Schmelztiegels (1) und t die Zeit bedeuten, gekennzeichnet durch eine Korrekturschaltung (108,109,37;506,507,508;22.33;602,603,604,605, 606), die unter Berücksichtigung eines veränderten Pour-Lip-Winkels α'PL die stetige Funktion α= f(t) in eine andere stetige Funktion umwandelt, die zu Beginn des Gießvorgangs im Zeitpunkt tA einen Kippwinkel αPL hat, der vom Kippwinkel αPL abweicht, und die am Ende des Gießvorgangs zum Zeitpunkt tE einen Kippwinkel α' hat, der mit dem Kippwinkel im Zeitpunkt tE identisch ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Schmelztiegels (1) vom Kippwinkel α= 0° bis zum Pour-Lip-Winkelα PL bzw. α'PL manuell erfolgt.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Schmelztiegels (1) vom Kippwinkeln α = 0° bis zum Pour-Lip-WinkeloαPL bzw. α'PL automatisch erfolgt.
4. Anordnung nach einem oder nach mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennnzeichnet, daBα= f(t) und α' = f(t) lineare oder nichtlineare Funktionen sind.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung analog oder digital aufgebaut ist.
6. Anordnung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Speicher (89) gespeicherte Gießkurve nach dem Teach-In-Verfahren gewonnen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß von Hand aus einer Startposition von α = 0° oder α = αPL ein Abguß durchgeführt und die durchfahrenen Winkelpositionen auf einem festen Zeiraster digitalisiert und in einem Digitalspeicher abgelegt werden.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschaltung einen regelbaren Verstärker (22) aufweist, dem sowohl eine der Endposition des Schmelztiegels (1) zum Zeitpunkt tE entsprechende elektrische Größe (-10 V) als auch eine dem fortlaufenden Sollwert der Kurve α = f(t) entsprechende elektrische Größe (W) zugeführt ist, daß der Ausgang dieses Verstärkers (22) auf einen Widerstand (37) mit Korrekturabgriff geschaltet ist, ferner, daß das Ausgangssignal des Verstärkers (22) auf den Eingang eines Inverters (33) gegeben ist und der Ausgang dieses Inverters ebenfalls an dem Widerstand (37) liegt, dessen Abgriff das Korrektursignal K darstellt.
9. Anordnung anch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert K automatisch erzeugt wird, indem die vor Gießbeginn bestehende Tiegelposition gespeichert wird .und aus der Differenz zum exakten 30°-Wert und der jeweiligen Tiegelposition durch eine Rechenschaltung (601 bis 607) die Korrekturgröße K ermittelt wird.
10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß manuell betätigbare Sollwertgeber vorgesehen sind, wobei bei Betätigung des ersten Sollwertgebers (94) der Schmelztiegel (1) in eine Position α= -15° geführt wird, während er bei Betätigung des zweiten Sollwertgebers (93) in die Positiond= 0°, bei Betätigung des dritten Sollwertgebers (91) in die Position α= 90° und bei Betätigung des vierten Sollwertgebers (92) in die Position α= 30° geführt wird.
11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betriebsartenwahlschalter vorgesehen ist, der eine Einstellung auf manuell gesteuertes Kippen und korrigiert-programmgesteuertes Kippen des Schmelztiegels (1) gestattet.
12. Anordnung nach einem oder nach mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Positions-Istwertgeber (83) vorgesehen ist, der einen Positions-Istwert (X) abgibt, welcher von einem Positions-Sollwert (W) subtrahiert und einem PID-Regler (85) zugeführt wird, der ein Hydraulik-Ventil (87) steuert, das die Hydraulikversorgung eines Stellzylinders (82) beeinflußt, der mit einer Zahnstange (81) verbunden ist, die über ein Zahnrad (80) den Schmelztiegel (1) kippt.
13. Anordnung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der Positions-Sollwert (W) ein Hand-Sollwert (WH), ein Gieß-Sollwert (WG) oder ein Automatic-Sollwert (WA) je nach Betriebsart ist.
14. Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Speicher für mehrere verschiedene Winkel α'PL, bei denen das Schmelzgut die Gießlippe des Schmelztiegels (1) berührt, eine besondere ideale Gießkurve abgelegt ist.
15. Anordnung nach einem oder nach mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor vorgesehen ist, der den jeweiligen Winkel α 'PL, bei dem das Schmelzgut die Gießlippe berührt, automatisch erfaßt und einer zugeordneten Steuereinheit zuführt.
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