EP0627274A1 - Dosiervorrichtung für Nichteisen-Metallschmelzen und Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelzevolumens - Google Patents

Dosiervorrichtung für Nichteisen-Metallschmelzen und Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelzevolumens Download PDF

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Publication number
EP0627274A1
EP0627274A1 EP93108790A EP93108790A EP0627274A1 EP 0627274 A1 EP0627274 A1 EP 0627274A1 EP 93108790 A EP93108790 A EP 93108790A EP 93108790 A EP93108790 A EP 93108790A EP 0627274 A1 EP0627274 A1 EP 0627274A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
melt
dosing
dosing device
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP93108790A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jerzy Marcisz Von Blacha
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INDUSTRIETECHNIK ALSDORF GmbH
Original Assignee
INDUSTRIETECHNIK ALSDORF GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INDUSTRIETECHNIK ALSDORF GmbH filed Critical INDUSTRIETECHNIK ALSDORF GmbH
Priority to EP93108790A priority Critical patent/EP0627274A1/de
Publication of EP0627274A1 publication Critical patent/EP0627274A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B22D39/06—Equipment for supplying molten metal in rations having means for controlling the amount of molten metal by controlling the pressure above the molten metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/14—Charging or discharging liquid or molten material

Definitions

  • the invention relates to a metering device for non-ferrous metal melts and a method for controlling the delivery of a melt volume.
  • dosing devices are used in foundry technology when casting molds so that the required melt is fed to them without unnecessary material loss.
  • Die casting machines in particular require a precisely defined melt volume at a precisely known temperature.
  • a dosing device is known from DE-PS 20 22 989.
  • a melt bath located in a warming trough of a housing is sealed with a pressure-tight housing cover.
  • a riser pipe that leads out of the housing is arranged so that its lower end is immersed in the molten bath.
  • a pressure cushion can be created above the melt bath by means of compressed gas in order to convey the melt in precisely measured quantities from the metering device.
  • the melt volume dispensed is determined on the basis of the flow time of the melt through the riser pipe.
  • the pressurized gas pushes the melt into the riser pipe, which is only exposed to the ambient pressure at its upper end.
  • the melt rises in the riser pipe and emerges from it as long as the pressure cushion is sufficiently high.
  • the melt volume delivered depends not only on the flow time but also on the flow rate of the melt in the riser pipe and thus indirectly on the feed pressure.
  • the discharge pressure is the pressure that - after subtracting the head to be overcome in the riser pipe and the atmospheric pressure acting on the outside - Accelerates the melt.
  • the pressure is maintained until a period of time set according to empirical values has passed in which the desired melt volume has expired.
  • the pressure is then released so that no further melt is conveyed through the riser.
  • a disadvantage of the known metering device is that very large amounts of compressed gas are required in order to build up the required delivery pressure in the large space above the melt bath.
  • the large amount of compressed gas requires long pressure build-up times, which in turn lead to low flow velocities and large inaccuracies.
  • the amount of pressurized gas to be supplied changes as a function of the varying height of the melt level.
  • the melt volume dispensed is only determined via flow times determined on the basis of empirical values, so that inaccuracies caused by flow rate fluctuations in the melt are not taken into account.
  • the invention has for its object to provide a metering device for non-ferrous metal melts, which enables precise metering of the melt volume. Furthermore, a method for controlling the delivery of a melt volume is to be made available, which enables precise metering with a device.
  • the dosing device has a separate dosing chamber which is connected to the bottom region of the warming trough by a connecting channel.
  • the dosing chamber is separated from the hot tub and sealed from the environment.
  • a pressure cushion is only created in the dosing chamber, while the pressure above the warming trough remains constant.
  • the dosing chamber is depressurized and the melt is refilled from the warming trough according to the principle of communicating vessels. Since a dosing chamber separate from the warming trough is provided, the dosing chamber volume can be selected so that it is significantly smaller than the filling volume of the warming trough. Accordingly, only a small amount of compressed gas is required to generate the pressure cushion in the metering chamber, which is virtually unchanged regardless of the respective fill level in the warming trough. This increases the accuracy of the melt volume dispensed.
  • the hot tub provides the melt required to fill the dosing chamber. Since no pressure has to be generated in the hot tub above the melt bath, the hot tub can be designed with a large volume. It is also an advantage of the device according to the invention that it is possible to refill additional melt into the holding tank without interrupting the metering. The metering device therefore does not have to be stopped to refill the melt.
  • the volume of the metering chamber is preferably only two to four times as large as the maximum melt volume that can be metered.
  • the amount of pressurized gas required to build up the pressure above the melt is small, so that very high and constant pressurization speeds can be achieved. Short dosing times are possible in accordance with the high pressure build-up speeds.
  • molds can be poured off in a shorter time, so that both an increase in the quality of the castings and an increase in the number of metering operations per given time period are possible.
  • the large volume of the hot tub which is preferably at least 20 times the volume of the dosing chamber allows a large number of consecutive dosing processes to be carried out without refilling the melt in the hot tub. Since no pressure pad is required above the warming trough, it can also be made small and continuously filled with new melt.
  • the pressure build-up in the metering chamber is controlled by means of a pressure control device. This is connected to sensors that determine the pressure in the dosing chamber, a clock and inputs for control signals.
  • the pressure control device controls a pressure inlet valve.
  • the connecting channel opens into the metering chamber at a distance above the lowest point and the lower riser end is below this point of mouth, it is possible to separate the melt in the metering chamber from the melt in the holding tank by applying a pre-pressure in the metering chamber.
  • the form is expediently such that the level of the melt in the riser pipe is always raised to the same level. Starting from this defined state, the individual dosing processes can be carried out with an unchanged amount of compressed gas.
  • the admission pressure in the dosing chamber depends on the filling level of the warming tub. The lower this level, the higher the admission pressure with which the level in the metering chamber is simultaneously lowered by a value and increased in the riser pipe by the same value.
  • the required admission pressure can be calculated taking into account the fill level of the hot tub.
  • the fill level of the warming trough can be determined by weighing the melt contained in the metering device by means of a weighing cell. However, it is also possible to use suitable sensors or electrodes to measure the fill level in the warming trough and to set the pre-pressure based on this fill level.
  • the vertical extension of the connecting duct is greater than that of the riser pipe.
  • the level of the melt in the warming trough is always above the lower edge of the upper end of the connecting channel (minimum fill level). So that only a small melt volume is required to reach this level, the warming trough is expediently funnel-shaped, converging towards its bottom.
  • the warming trough which is preferably constantly exposed to atmospheric pressure, can be connected to the surroundings for air exchange. This makes it possible to provide combustion heating in the hot tub.
  • an electric heater resistance or induction heater
  • the bottom of the dosing chamber runs with an angle of inclination a to the horizontal which is smaller than the angle of inclination b of the bottom of the warming trough.
  • the metering device is mounted such that it can be tilted by a tilt angle which is greater than the angle of inclination of the base of the warming trough.
  • the warming trough can have an overflow edge on the side facing away from the metering chamber, so that the melt can be completely removed from the metering device without damaging it when changing alloys.
  • the melt is conveyed through the riser pipe by generating a compressed gas cushion over the melt.
  • the control takes place with the pressure control device which controls the pressure inlet valve.
  • the melt volume dispensed is determined by the length of time during which the pressure cushion is maintained. During this period of time after the pressure build-up, the sum of the gradient pressure and the delivery pressure is kept constant by the pressure control device.
  • the separation of the melts in the warming trough and in the dosing chamber which can also be done by means of a slide or similar elements instead of the pre-pressure, and the pre-pressure control create the conditions for a constant pressure build-up speed for the sum of the rise pressure and the delivery pressure. The same amount of air is always required to build up the pressure from the sum of the gradient pressure and the delivery pressure.
  • the pressure control device compares the actual delivery pressure with the delivery pressure setpoint and regulates the delivery pressure level.
  • a time integral dependent on the pressure in the metering chamber is formed from the outlet of the melt. This time integral serves as a comparison variable for the melt volume dispensed.
  • melt volumes are determined and stored for the time integrals formed from the pressure in the metering chamber. Based on the stored values, a for a desired melt volume corresponding setpoint selected.
  • a pressure cushion is generated in the metering chamber to convey the melt, a pressure-dependent time integral is formed and the pressure is released when this time integral has reached the selected setpoint.
  • the metering device 10 for non-ferrous metal melts 12 has a housing 14 which is mounted on a height-adjustable scissor-type frame 16 Tilt axis 18 is tiltably mounted. In a longitudinal section, which runs essentially perpendicular to the tilt axis 18, a warming trough 20 and a metering chamber 22 lie side by side. There is an outlet edge 24 at one end of the warming trough 20, and the metering chamber 22 is arranged on the opposite side of the warming trough 20.
  • the warming trough 20 has a funnel shape and tapers towards the bottom region 26.
  • the bottom 28 of the warming trough 20 runs from the bottom region 26 to the outlet edge 24 at an angle b to the horizontal 30.
  • a heater 32 is arranged in the housing 14 above the hot tub 20, with which the melt 12 filled in the hot tub 20 can be heated.
  • the hot tub 20 is provided with a two-part cover 34, the part 36 being able to be folded up individually or together with the part 38.
  • the dosing chamber 22 also has a funnel shape with a sloping bottom, the angle of inclination a of the bottom 40 of the dosing chamber 22 being smaller than the angle of inclination b of the bottom 28 of the warming trough 20.
  • the dosing chamber 22 is approximately at the level of the melt level 21 of the warming trough 20 and their depth is less than that of the warming tub 20.
  • the volume of the metering chamber 22 is only a fraction of the volume of the warming tub 20.
  • the dosing chamber 22, like the warming trough 20, is made of heat-resistant or fireproof material or is lined with such a material and provided with a pressure-tight cover 42 which has openings 44 for receiving a compressed gas line 46 and a riser pipe 48.
  • the warming tub 20 and the metering chamber 22 are via a connecting channel 50 connected.
  • the connecting channel 50 rises from the bottom region 26 of the warming trough 20 into the metering chamber 22 and opens there at a distance above the lowest point of the metering chamber 22.
  • the connecting channel 50 has a volume which is negligibly small compared to the volume of the metering chamber 22.
  • the riser pipe 48 projects down through the cover 42 into the metering chamber 22 and ends below the melt level 23 and the lower edge 51 of the upper end of the connecting channel 50.
  • the upper end of the riser pipe 48 is determined by the drain edge 61.
  • the vertical extent V1 of the riser 48 is shorter than the vertical extent V2 of the connecting channel 50. Since the cross section of the riser 48 also determines the flow rate of the melt 12, it is designed as an interchangeable insert.
  • a drainage channel 52 through which the melt 12 flows, is attached to the riser 48.
  • An electrode arrangement 54 protrudes into the upper end region of the riser pipe 48 exactly at the drain edge height 61 in order to detect the exit of the melt 12 from the riser pipe 48 when it passes over the drain gutter 52.
  • a heater 33 which heats the riser 48 in some areas, prevents the melt in the riser 48 and metering chamber 22 from cooling.
  • a temperature sensor also arranged on the riser 48 serves to monitor the temperature of the melt.
  • the compressed gas line 46 is connected to a compressed gas source via a pressure inlet valve 56 with a variable flow cross section.
  • the compressed gas line 46 has a pressure outlet valve 58, via which the metering chamber 22 can be depressurized.
  • the pressure outlet valve 58 can be controlled by the pressure control device.
  • a weighing cell 60 is arranged on the underside of the housing 14 of the metering device 10. The weight of the melt 12 filled into the metering device 10 can be determined with this weighing cell 60. The fill level in the metering device 10 can thus be determined from the weight of the melt 12 and the contour of the hot tub 20 and the metering chamber 22.
  • the described device works as follows: After the melt 12 has been filled in, the melt levels 21 and 23 in the warming trough 20 and in the metering chamber 22 are of the same height, since both are exposed to the same pressure and are connected by the connecting channel 50. After closing the pressure outlet valve 58, a pre-pressure is generated in the metering chamber 22 by opening the pressure inlet valve 56, which always raises the melt in the riser 48 to the same height (h 2) (FIG. 2). The admission pressure lowers the level 23 in the dosing chamber 22 until it has sunk at least below the lower edge 51 of the upper end of the connecting channel 50. As a result, the connection of the melt 12 in the hot tub 20 and the metering chamber 22 is interrupted by the connecting channel 50.
  • the melt 12 in the riser 48 increases by the same value measured by the melt level 21. If the pressure increases further by the gradient pressure, it continues to rise in the riser pipe 48 (FIG. 3) until it reaches the upper end of the riser pipe 48 at the trailing edge 61.
  • a pressure increase is carried out according to FIG. 3 in order to generate the conveying pressure for the acceleration of the melt 12.
  • the melt 12 flows at a flow rate resulting from the delivery pressure through the riser pipe 48 until after a predetermined time the pressure in the metering chamber 22 is released and the latter is depressurized. This will make the Flow of the melt 12 through the riser pipe 48 is terminated and melt 12 flows from the holding tank 20 into the metering chamber 22 and fills it until the melt levels 21 and 23 are equal. After a renewed build-up of the pre-pressure, the dosing device 10 is ready for further dosing processes.
  • the height h 1 is the height of the melting level 21 in the warming trough 20 above the lower edge 51 of the upper end of the connecting channel 50 when the metering chamber is depressurized. Since the volume of the melt, which is pushed back into the warming trough 20 when the admission pressure is built up, is negligibly small compared to the volume in the warming trough 20, the level 21 remains virtually unchanged during a metering process. The back and forth flow of the melt from the warming trough 20 into the metering chamber 22 and back without air contact ensures that the melt in the metering chamber 22 is always hot. This also achieves heat exchange between the holding pan 20 and the metering chamber 22.
  • the height h2 is determined by the level of the melt in the riser 48 when the admission pressure is built up and always below the trailing edge 61.
  • the minimum pressure in the metering chamber 22 during the outlet of the melt 12 is determined by the gradient pressure P S , which is applied in addition to the pre-pressure P Vor, which is variable according to the fill level, and which is always constant.
  • P S the gradient pressure
  • P Vor the pre-pressure
  • the pressure in the metering chamber to overcome the height in the riser 48 must be greater than the hydrostatic pressure of the melt column with the height h 3 in the riser 48.
  • the pressure in the metering chamber 22 correspondingly suppresses the melt 12 in the connecting channel 50, the Level difference of the levels in the hot tub 20 and in the connecting channel 50 assumes the height h4.
  • the maximum pressure in the metering chamber 22 therefore depends on the vertical Extension V2 of the connecting channel 50 and the fill level.
  • the vertical extent V2 must be so much larger than the vertical extent V1 that the level difference between the warming trough 20 and the connecting channel 50, which is the extent V2 at a minimal fill level, allows the pressure build-up of the delivery pressure.
  • the smallest fill level in the metering device 10 in the unpressurized state, in which the metering device 10 is functional, results from the lower edge 51 of the upper end of the connecting channel 50, since the melt level 21 must always be above this lower edge 51 in order to overflow when the pressure is equalized Allow melt 12 over this lower edge 51.
  • the time sequence of a metering process and the determination of the metering end are explained with reference to FIG. 6.
  • the pressure is plotted against time in the diagram.
  • the warming trough 20 and the metering chamber 22 are exposed to the atmospheric pressure P Atm .
  • P Atm the atmospheric pressure
  • a pressure increase in the metering chamber 22 by the form P Vor is carried out.
  • the level of the variable pre-pressure P Before depends on the fill level of the warming trough 20, so that the time interval t before , in which the pre-pressure is built up, is of different lengths depending on the filling level of the warming trough 20. So that the melt has 12 opportunity to flow back into the heated well 20, the admission pressure P is held before a while at a constant level.
  • the metering device is ready to be dispensed and can respond to a start command, e.g. B. promote the start command of a die casting machine.
  • a start command e.g. B. promote the start command of a die casting machine.
  • a pressure increase by the constant rise pressure P S until the melt at the time t 2 at the upper end of the riser has arrived.
  • T2 the output begins the melt 12.
  • pressure which is composed of the pressure proportions atmospheric pressure P atm, form P before and slope pressure P S, is at the same pressure build-up rate as for the structure of the slope pressure P S the delivery pressure P F built up.
  • the delivery pressure P F is regulated to a constant value.
  • the delivery time t F is determined by the point in time at which melt exit t2 begins and by time t3 in which the pressure is released. Melt 12 is conveyed within this time interval.
  • the time t3 is determined using an integral I1, which takes the delivery pressure P F into account.
  • the integral I 1 can be assigned a measured melt volume by measuring.
  • the time integral I 1 is formed from the time t 2, the start of the discharge of the melt, since this time can easily be determined by means of the electrode 54. From this point on, melt 12 flows out of the metering device 10, the flow rate depending on the delivery pressure P F.
  • the pumped melt volume results from the product of the riser pipe cross-section, flow rate and delivery time t F. Therefore, the delivered melt volume can be determined via the delivery time t F and the time t3.
  • the delivery pressure P F prevailing in the metering chamber 22 is integrated over time. However, this indirectly takes into account the flow rate when determining the integral I 1 as a comparison variable for the melt volume.
  • time t 3 the pressure is released.
  • the pressure in the metering chamber 22 is still for a short time above the pressure limit 72 above which the melt emerges from the riser 48, but this is taken into account by the calibration described below.
  • the pressure has been completely reduced at time t E, it flows at atmospheric pressure P Atm melt from the hot tub 20 into the metering chamber 22, so that at time t A. the dosing chamber is filled with melt for further dosing processes.
  • P Vor has been built up again, the device is ready for metering again.
  • the integral I 1 In order to be able to use the integral I 1 to determine the melt volumes, a calibration must be carried out.
  • the metering chamber 22 In a calibration phase, the metering chamber 22 is pressurized as described above and various time integrals I 1 are formed. The relevant melt volumes are determined by weighing and converting to these time integrals I 1. The time integrals I 1 and the melt volumes are stored.
  • the setpoint for the time integral can be determined for a desired melt volume on the basis of the stored values.
  • a pressure-dependent time integral I 1 is again formed.
  • the pressure is released via the pressure outlet valve 58 as soon as the time integral I 1 has reached the desired value.
  • the consideration of the pressure in the metering chamber 22 thus allows flow rate fluctuations in the riser 48 to be taken into account and thereby increases the accuracy of the metering device 10.
  • the error (F) taken into account by the method according to the invention is due to the difference between the ideally constant pressure and the actually fluctuating one Pressure can be determined (Fig. 5).
  • the housing 14 is mounted such that it can be tilted about the axis 18.
  • both parts 36, 38 of the cover 34 are folded up and then the housing 14 z. B. by means of a hydraulic cylinder tilted about the tilt axis 18.
  • the warming trough 20 and the metering chamber 22 are raised relative to the outlet edge 24 until finally the riser 48, the bottom 10 of the metering chamber 22, the connecting channel 50 and the bottom 28 of the warming trough 20 each have a slope toward the outlet edge 24.
  • the housing 14 is tilted back and a new melt can be filled in.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung (10) für Nichteisen-Metallschmelzen und ein Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelzevolumens. Um eine genaue Dosierung des Schmelzevolumens zu ermöglichen, ist die Dosiervorrichtung (10) mit einer von einer Warmhaltewanne (20) separaten Dosierkammer (22) versehen. Aus der Dosierkammer (22), die gegenüber der Umgebung abgedichtet und mit Druck beaufschlagbar ist, führt ein Steigrohr (48) heraus. Die Dosierkammer (22) ist durch einen Verbindungskanal (50) mit dem Bodenbereich (26) der Warmhaltewanne (20) verbunden, so daß bei Druckausgleich zwischen der Warmhaltewanne (20) und der Dosierkammer (22) Schmelze in die Dosierkammer (22) überströmen kann. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung für Nichteisen-Metallschmelzen und ein Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelzevolumens. Solche Dosiervorrichtungen werden in der Gießereitechnik beim Abgießen von Gußformen benutzt, damit diesen ohne überflüssigen Materialverlust die erforderliche Schmelze zugeführt wird. Dabei erfordern insbesondere Druckgießmaschinen ein genau definiertes Schmelzevolumen bei genau bekannter Temperatur.
  • Eine Dosiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-PS 20 22 989 bekannt. Bei der bekannten Dosiervorrichtung wird ein in einer Warmhaltewanne eines Gehäuses befindliches Schmelzebad mit einem druckdichten Gehäusedeckel abgedichtet. Ein Steigrohr, das aus dem Gehäuse herausführt, ist so angeordnet, daß sein unteres Ende in das Schmelzebad eintaucht. Mittels Druckgas kann über dem Schmelzebad ein Druckpolster erzeugt werden, um die Schmelze in genau bemessener Menge aus der Dosiervorrichtung zu fördern.
  • Bei der bekannten Vorrichtung wird das abgegebene Schmelzevolumen anhand der Fließzeit der Schmelze durch das Steigrohr ermittelt. Das Druckgas drückt die Schmelze in das Steigrohr, das an seinem oberen Ende nur dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist. Die Schmelze steigt im Steigrohr und tritt aus diesem aus, solange das Druckpolster ausreichend hoch ist. Das abgegebene Schmelzevolumen hängt dabei neben der Fließzeit auch von der Fließgeschwindigkeit der Schmelze in dem Steigrohr und damit mittelbar von dem Förderdruck ab. Der Förderdruck ist der Druck, der - nach Abzug der im Steigrohr zu überwindenden Förderhöhe und dem außen wirkenden Atmosphärendruck - die Beschleunigung der Schmelze bewirkt. Der Druck wird solange aufrechterhalten, bis eine nach Erfahrungswerten eingestellte Zeitspanne verstrichen ist, in der das gewünschte Schmelzevolumen ausgelaufen ist. Anschließend wird der Druck abgelassen, so daß keine weitere Schmelze durch das Steigrohr gefördert wird.
  • Nachteilig bei der bekannten Dosiervorrichtung ist, daß sehr große Druckgasmengen erforderlich sind, um in dem großen Raum über dem Schmelzebad den erforderlichen Förderdruck aufzubauen. Die große Druckgasmenge erfordert lange Druckaufbauzeiten, die ihrerseits zu im Mittel geringen Fließgeschwindigkeiten und großen Ungenauigkeiten führen. Ferner ändert sich die zuzuführende Druckgasmenge in Abhängigkeit von der variierenden Höhe des. Schmelzespiegels.
  • Die Bestimmung des abgegebenen Schmelzevolumens erfolgt nur über anhand von Erfahrungswerten ermittelte Fließzeiten, so daß durch Fließgeschwindigkeitsschwankungen der Schmelze bedingte Ungenauigkeiten nicht berücksichtigt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung für Nichteisen-Metallschmelzen zur Verfügung zu stellen, die eine genaue Dosierung des Schmelzevolumens ermöglicht. Ferner ist ein Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelzevolumens zur Verfügung zu stellen, das eine genaue Dosierung mit einer Vorrichtung ermögilcht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 24.
  • Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung weist eine separate Dosierkammmer auf, die durch einen Verbindungskanal mit dem Bodenbereich der Warmhaltewanne verbunden ist. Die Dosierkammer ist von der Warmhaltewanne getrennt und gegenüber der Umgebung abgedichtet. Zum Austreiben der Schmelze wird nur in der Dosierkammer ein Druckpolster erzeugt, während der Druck über der Warmhaltewanne konstant bleibt. Nach jedem Fördervorgang wird die Dosierkammer drucklos gemacht und dadurch Schmelze aus der Warmhaltewanne heraus nach dem Prinzip kommunizierender Gefäße nachgefüllt. Da eine von der Warmhaltewanne separate Dosierkammer vorgesehen ist, ist das Dosierkammervolumen so wählbar, daß es wesentlich kleiner ist als das Füllvolumen der Warmhaltewanne. Zur Erzeugung des Druckpolsters in der Dosierkammer ist dementsprechend nur eine geringe Druckgasmenge erforderlich, die unabhängig vom jeweiligen Füllstand in der Warmhaltewanne nahezu unverändert ist. Dadurch ist die Genauigkeit des abgegebenen Schmelzevolumens erhöht.
  • Die Warmhaltewanne stellt die zur Auffüllung der Dosierkammer erforderliche Schmelze zur Verfügung. Da über dem Schmelzebad in der Warmhaltewanne kein Druck erzeugt werden muß, kann die Warmhaltewanne mit einem großen Volumen ausgeführt sein. Es ist auch ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß es möglich ist, ohne Unterbrechung des Dosierens zusätzliche Schmelze in die Warmhaltewanne nachzufüllen. Zum Nachfüllen von Schmelze muß die Dosiervorrichtung daher nicht stillgesetzt werden.
  • Das Volumen der Dosierkammer ist vorzugsweise nur zwei- bis viermal so groß wie das maximal dosierbare Schmelzevolumen. Dadurch ist die zum Aufbau des Druckes über der Schmelze erforderliche Druckgasmenge gering, so daß sehr große und konstante Druckaufbaugeschwindigkeiten erreicht werden können. Entsprechend den hohen Druckaufbaugeschwindigkeiten sind kurze Dosierzeiten möglich. Dadurch können Formen in kürzerer Zeit abgegossen werden, so daß sowohl eine Qualitätssteigerung bei den Gußstücken als auch eine Steigerung bei der Anzahl der Dosiervorgänge je vorgegebenem Zeitabschnitt möglich ist. Das große Volumen der Warmhaltewanne, das vorzugsweise mindestens das 20fache des Volumens der Dosierkammer beträgt, erlaubt es, eine Vielzahl aufeinanderfolgender Dosiervorgänge durchzuführen, ohne neue Schmelze in die Warmhaltewanne nachzufüllen. Da über der Warmhaltewanne kein Druckpolster erforderlich ist, kann diese aber auch klein ausgeführt sein und kontinuierlich mit neuer Schmelze befüllt werden.
  • Der Druckaufbau in der Dosierkammer wird mittels einer Drucksteuereinrichtung gesteuert. Diese ist mit Sensoren, die den Druck in der Dosierkammer ermitteln, mit einer Uhr und mit Eingängen für Steuersignale verbunden. Die Drucksteuereinrichtung steuert ein Druckeinlaßventil.
  • Wenn der Verbindungskanal mit Abstand über dem tiefsten Punkt der Dosierkammer in diese mündet und das untere Steigrohrende unterhalb dieser Mündungsstelle liegt, ist es möglich, durch Aufbringen eines Vordrucks in der Dosierkammer die Schmelze in der Dosierkammer von der Schmelze in der Warmhaltewanne zu trennen. Der Vordruck ist zweckmäßigerweise so bemessen, daß durch ihn der Pegel der Schmelze in dem Steigrohr immer bis auf die gleiche Höhe angehoben wird. Von diesem definierten Zustand ausgehend, können die einzelnen Dosiervorgäng mit unveränderter Druckgasmenge durchgeführt werden.
  • Der Vordruck in der Dosierkammer hängt von dem Füllstand der Warmhaltewanne ab. Je niedriger dieser Füllstand ist, desto höher muß der Vordruck sein, mit dem gleichzeitig der Pegel in der Dosierkammer um einen Wert abgesenkt und in dem Steigrohr um den gleichen Wert angehoben wird. Der erforderliche Vordruck kann unter Berücksichtigung des Füllstandes der Warmhaltewanne errechnet werden. Dabei kann der Füllstand der Warmhaltewanne durch Wiegen der in der Dosiervorrichtung enthaltenen Schmelze mittels einer Wiegezelle bestimmt werden. Es ist aber auch möglich, mittels geeigneter Sensoren oder Elektroden den Füllstand in der Warmhaltewanne zu messen und anhand dieses Füllstandes den Vordruck einzustellen.
  • Um die Schmelzen in der Warmhaltewanne und in der Dosierkammer zu trennen und so einen definierten Zustand zu erhalten, ist es möglich, zwischen den Kammern, d. h. der Warmhaltewanne und der Dosierkammer, Schieber, Stopfen, Drehverschlüsse oder ähnliche Elemente vorzusehen.
  • Um Druckschwankungen durch Druckgasaustritt aus dem Verbindungskanal in die Warmhaltewanne zu verhindern, ist die vertikale Erstreckung des Verbindungskanals größer als die des Steigrohres.
  • Zum Nachfüllen von Schmelze in die Dosierkammer ist es erforderlich, daß der Pegel der Schmelze in der Warmhaltewanne immer oberhalb der Unterkante des oberen Endes des Verbindungskanals liegt (minimaler Füllstand). Damit zum Erreichen dieses Pegels nur ein geringes Schmelzevolumen erforderlich ist, ist die Warmhaltewanne zweckmäßigerweise trichterförmig, zu ihrem Boden hin zusammenlaufend, ausgeführt.
  • Die Warmhaltewanne, die vorzugsweise ständig dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, kann zum Luftaustausch mit der Umgebung verbunden sein. Dadurch ist es möglich, in der Warmhaltewanne eine Verbrennungsheizung vorzusehen. Vorzugsweise ist jedoch eine Elektroheizung (Widerstands- oder Induktionsheizung) vorzusehen.
  • Damit die Dosiervorrichtung bei einem Legierungswechsel leicht entleert werden kann, verläuft der Boden der Dosierkammer mit einem Neigungswinkel a zur Horizontalen, der kleiner ist als der Neigungswinkel b des Bodens der Warmhaltewanne. Die Dosiervorrichtung ist um einen Kippwinkel kippbar gelagert, der größer ist als der Neigungswinkel des Bodens der Warmhaltewanne. Zusätzlich kann die Warmhaltewanne auf der der Dosierkammer abgewandten Seite eine Überlaufkante aufweisen, so daß die Schmelze ohne Beschädigung der Dosiervorrichtung aus dieser bei einem Legierungswechsel vollständig entnommen werden kann.
  • Bei einem ersten Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelzevolumens wird Schmelze - durch die Erzeugung eines Druckgaspolsters über der Schmelze - durch das Steigrohr gefördert. Die Steuerung erfolgt mit der Drucksteuereinrichtung, die das Druckeinlaßventil steuert. Dabei wird das abgegebene Schmelzevolumen von der Zeitdauer bestimmt, während der das Druckpolster aufrecht erhalten wird. Während dieser Zeitdauer wird nach dem Druckaufbau die Summe aus Steigungsdruck und Förderdruck von der Drucksteuereinrichtung konstant gehalten. Durch die Trennung der Schmelzen in der Warmhaltewanne und in der Dosierkammer, die anstelle des Vordrucks auch mittels eines Schiebers oder ähnlicher Elememente erfolgen kann, und die Vordruckregelung werden die Voraussetzungen für eine konstante Druckaufbaugeschwindigkeit für die Summe aus Steigungsdruck und Förderdruck geschaffen. Dabei ist zum Druckaufbau der Summe aus Steigungsdruck und Förderdruck immer die gleiche Luftmenge erforderlich.
  • Von der Drucksteuereinrichtung wird der tatsächliche Förderdruck mit dem Förderdrucksollwert verglichen und die Förderdruckhöhe geregelt.
  • Es ist ein Vorteil, daß durch die gleiche Luftmenge die Funktion der die Ventile steuernden Drucksteuereinrichtung (Regler) verbessert wird.
  • In dem zweiten bevorzugten Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelzevolumens wird, um den Einfluß der Fließgeschwindigkeit der Schmelze in dem Steigrohr zu berücksichtigen, erfindungsgemäß ab dem Austritt der Schmelze ein von dem Druck in der Dosierkammer abhängiges Zeitintegral gebildet. Dieses Zeitintegral dient als Vergleichsgröße für das abgegebene Schmelzevolumen.
  • In der Kalibrierphase werden für die aus dem Druck in der Dosierkammer gebildeten Zeitintegrale Schmelzevolumina ermittelt und gespeichert. Anhand der gespeicherten Werte wird für ein gewünschtes Schmelzevolumen ein entsprechender Sollwert ausgewählt. Während einer Betriebsphase, in der zur Förderung der Schmelze in der Dosierkammer ein Druckpolster erzeugt wird, wird ein druckabhängiges Zeitintegral gebildet, und der Druck wird abgelassen, wenn dieses Zeitintegral den ausgewählten Sollwert erreicht hat.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Zeichnung im Zusammenhang mit der Beschreibung.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    die Dosiervorrichtung in einem Längsschnitt mit einem zwischen Dosierkammer und Warmhaltewanne ausgeglichenen Schmelzepegel;
    Fig. 2
    die Dosiervorrichtung gemäß Fig. 1 bei einem in der Dosierkammer aufgebauten Vordruck;
    Fig. 3
    die Dosiervorrichtung während der Abgabe eines Schmelzevolumens,
    Fig. 4
    einen Schnitt durch die Dosiervorrichtung gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1
    und
    Fig. 5
    ein Druck-Zeitdiagrammm für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Die Dosiervorrichtung 10 für Nichteisen-Metallschmelzen 12 weist ein Gehäuse 14 auf, das auf einem höhenverstellbaren Scherengestell 16 um eine Kippachse 18 kippbar gelagert ist. In einem Längsschnitt, der im wesentlichen senkrecht zu der Kippachse 18 verläuft, liegen eine Warmhaltewanne 20 und eine Dosierkammer 22 nebeneinander. An dem einen Ende der Warmhaltewanne 20 befindet sich eine Auslaufkante 24, und die Dosierkammer 22 ist auf der entgegengesetzten Seite der Warmhaltewanne 20 angeordnet.
  • Die Warmhaltewanne 20 hat Trichterform und verjüngt sich zum Bodenbereich 26 hin. Im Längsschnitt verläuft der Boden 28 der Warmhaltewanne 20 vom Bodenbereich 26 bis zur Auslaufkante 24 unter einem Winkel b zur Horizontalen 30.
  • Oberhalb der Warmhaltewanne 20 ist in dem Gehäuse 14 eine Heizung 32 angeordnet, mit der die in die Warmhaltewanne 20 eingefüllte Schmelze 12 beheizbar ist. Um Wärmeverlusten der Schmelze 12 vorzubeugen, ist die Warmhaltewanne 20 mit einer zweigeteilten Abdeckhaube 34 versehen, wobei das Teil 36 einzeln oder gemeinsam mit dem Teil 38 hochklappbar ist.
  • Auch die Dosierkammer 22 weist eine Trichterform mit einer Bodenschräge auf, wobei der Neigungswinkel a des Bodens 40 der Dosierkammer 22 kleiner ist, als der Neigungswinkel b des Bodens 28 der Warmhaltewanne 20. Die Dosierkammer 22 liegt etwa in Höhe des Schmelzespiegels 21 der Warmhaltewanne 20 und ihre Tiefe ist geringer als diejenige der Warmhaltewanne 20. Das Volumen der Dosierkammer 22 beträgt nur einen Bruchteil des Volumens der Warmhaltewanne 20.
  • Die Dosierkammer 22 ist wie die Warmhaltewanne 20 aus hitzebeständigem bzw. feuerfestem Material hergestellt oder mit einem solchen Material ausgekleidet und mit einem druckdichten Deckel 42 versehen, der Durchbrüche 44 zur Aufnahme einer Druckgasleitung 46 und eines Steigrohres 48 aufweist.
  • Die Warmhaltewanne 20 und die Dosierkammer 22 sind über einen Verbindungskanal 50 verbunden. Der Verbindungskanal 50 steigt von dem Bodenbereich 26 der Warmhaltewanne 20 bis in die Dosierkammer 22 an und mündet dort mit Abstand über dem tiefsten Punkt der Dosierkammer 22. Der Verbindungskanal 50 hat ein Volumen, das gegenüber dem Volumen der Dosierkammer 22 vernachlässigbar klein ist.
  • Das Steigrohr 48 ragt durch den Deckel 42 hinduch nach unten in die Dosierkammer 22 und endet unterhalb des Schmelzespiegels 23 und der Unterkante 51 des oberen Endes des Verbindungskanals 50. Das obere Ende des Steigrohres 48 ist durch die Ablaufkante 61 bestimmt. Die vertikale Erstreckung V₁ des Steigrohres 48 ist kürzer als die vertikale Erstreckung V₂ des Verbindungskanals 50. Da der Querschnitt des Steigrohres 48 die Fließgeschwindigkeit der Schmelze 12 mitbestimmt, ist es als austauschbarer Einsatz ausgeführt. Eine Ablaufrinne 52, über die die Schmelze 12 abfließt, ist an das Steigrohr 48 angesetzt. Eine Elektrodenanordnung 54 ragt in den oberen Endbereich des Steigrohres 48 genau auf Ablaufkantenhöhe 61 hinein, um den Austritt der Schmelze 12 aus dem Steigrohr 48 beim Übertritt zur Ablaufrinne 52 zu erkennen. Eine das Steigrohr 48 bereichsweise beheizende Heizung 33 verhindert das Abkühlen der im Steigrohr 48 und Dosierkammer 22 befindlichen Schmelze. Ein ebenfalls am Steigrohr 48 angeordneter Temperaturfühler dient der Überwachung der Temperatur der Schmelze.
  • Die Druckgasleitung 46 ist über ein Druckeinlaßventil 56 mit variablem Durchflußquerschnitt mit einer Druckgasquelle verbunden. Außerdem weist die Druckgasleitung 46 ein Druckauslaßventil 58 auf, über das die Dosierkammer 22 drucklos gemacht werden kann. Das Druckauslaßventil 58 kann von der Drucksteuereinrichtung gesteuert werden. Mittels einer gewünschten Leckage, durch die Luft aus der Dosierkammer 22 austritt, wird der Erwärmung der Luft Rechnung getragen und außerdem die Funktion der Drucksteuereinrichtung und des Druckeinßlaventils 56 verbessert.
  • An der Unterseite des Gehäuses 14 der Dosiervorrichtung 10 ist eine Wiegezelle 60 angeordnet. Mit dieser Wiegezelle 60 kann das Gewicht der in die Dosiervorrichtung 10 eingefüllten Schmelze 12 bestimmt werden. Aus dem Gewicht der Schmelze 12 und der Kontur der Warmhaltewanne 20 und der Dosierkammer 22 ist damit der Füllstand in der Dosiervorrichtung 10 bestimmbar.
  • Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
    Nach dem Einfüllen der Schmelze 12 sind gemäß Fig. 1 die Schmelzepegel 21 und 23 in der Warmhaltewanne 20 und in der Dosierkammer 22 gleich hoch, da beide dem gleichen Druck ausgesetzt und durch den Verbindungskanal 50 verbunden sind. Nach dem Schließen des Druckauslaßventils 58 wird in der Dosierkammer 22 durch Öffnen des Druckeinlaßventils 56 ein Vordruck erzeugt, der die Schmelze im Steigrohr 48 immer auf die gleiche Höhe (h₂) anhebt (Fig. 2). Der Vordruck senkt den Pegel 23 in der Dosierkammer 22 ab, bis er mindestens unter die Unterkante 51 des oberen Endes des Verbindungskanals 50 abgesunken ist. Dadurch wird die Verbindung der Schmelze 12 in der Warmhaltewanne 20 und der Dosierkammer 22 durch den Verbindungskanal 50 unterbrochen. Gleichzeitig mit dem Absenken des Pegels 23 um einen Wert steigt die Schmelze 12 in de Steigrohr 48 um den gleichen Wert vom Schmelzepegel 21 gemessen. Bei weiterer Druckerhöhung um den Steigungsdruck steigt sie in dem Steigrohr 48 weiter an (Fig. 3), bis sie an der Ablaufkante 61 das obere Ende des Steigrohres 48 erreicht.
  • Um die Schmelze 12 aus der Dosiervorrichtung 10 zu fördern, wird gemäß Fig. 3 eine Druckerhöhung durchgeführt, um den Förderdruck für die Beschleunigung der Schmelze 12 zu erzeugen. Die Schmelze 12 fließt mit einer aus dem Förderdruck resultierenden Fließgeschwindigkeit solange durch das Steigrohr 48, bis nach einer vorgegebenen Zeit der Druck in der Dosierkammer 22 abgelassen und diese drucklos gemacht wird. Dadurch wird der Fluß der Schmelze 12 durch das Steigrohr 48 beendet und aus der Warmhaltewanne 20 fließt Schmelze 12 in die Dosierkammer 22 nach und füllt diese auf, bis die Schmelzepegel 21 und 23 gleich hoch sind. Nach einem erneuten Vordruckaufbau ist die Dosiervorrichtung 10 für weitere Dosiervorgänge bereit.
  • Der Zusammenhang zischen dem Vordruck und dem Füllstand der Schmelze 12 in der Dosiervorrichtung 10 ist aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich. Die Höhe h₁ ist die Höhe des Schmelzepegels 21 in der Warmhaltewanne 20 über der Unterkante 51 des oberen Endes des Verbindungskanals 50 bei druckloser Dosierkammer. Da das Volumen der Schmelze, die beim Aufbau des Vordrucks in die Warmhaltewanne 20 zurückgedrängt wird, gegenüber dem Volumen in der Warmhaltewanne 20 vernachlässigbar klein ist, bleibt der Pegel 21 während eines Dosiervorgangs nahezu unverändert. Durch das Hinund Herströmen der Schmelze aus der Warmhaltewanne 20 in die Dosierkammer 22 und zurück ohne Luftkonakt wird erreicht, daß die Schmelze in der Dosierkammer 22 stets heiß ist. Dadurch wird auch ein Wärmeaustausch zwischen Warmhaltewanne 20 und Dosierkammer 22 erreicht. Die Höhe h₂ ist durch den Pegel der Schmelze im Steigrohr 48 bei aufgebautem Vordruck bestimmt und unterhalb der Ablaufkante 61 immer gleich hoch.
  • Der minimale Druck in der Dosierkammer 22 während des Austritts der Schmelze 12 ist durch den Steigungsdruck PS bestimmt, der zusätzlich zu dem nach dem Füllstand variablen Vordruck PVor aufgebracht wird und der immer konstant ist. Beim Förderende muß der Druck in der Dosierkammer zur Überwindung der Höhe im Steigrohr 48 größer sein als der hydrostatische Druck der Schmelzesäule mit der Höhe h₃ im Steigrohr 48. Dem Druck in der Dosierkammer 22 entsprechend wird die Schmelze 12 in dem Verbindungskanal 50 zurückgedrängt, wobei der Niveauunterschied der Pegel in der Warmhaltewanne 20 und in dem Verbindungskanal 50 die Höhe h₄ annimmt. Der maximale Druck in der Dosierkammer 22 hängt daher von der vertikalen Erstreckung V₂ des Verbindungskanals 50 und dem Füllstand ab. Die vertikale Erstreckung V₂ muß soviel größer sein als die vertikale Erstreckung V₁, daß der Niveauunterschied zwischen Warmhaltewanne 20 und dem Verbindungskanal 50, der bei minimalem Füllstand die Erstreckung V₂ ist, den Druckaufbau des Förderdrucks erlaubt.
  • Der kleinste Füllstand in der Dosiervorrichtung 10 im drucklosen Zustand, bei dem die Dosiervorrichtung 10 funktionstüchtig ist, ergibt sich durch die Unterkante 51 des oberen Endes des Verbindungskanals 50, da der Schmelzepegel 21 immer oberhalb dieser Unterkante 51 liegen muß, um bei Druckausgleich ein Überströmen von Schmelze 12 über diese Unterkante 51 zu ermöglichen.
  • Anhand von Fig. 6 werden der zeitliche Ablauf eines Dosiervorgangs und die Bestimmung des Dosierendes erläutert. Dabei ist in dem Diagramm der Druck über der Zeit aufgetragen.
  • Im Zeitpunkt tA des Beginns des Druckaufbaus sind Warmhaltewanne 20 und Dosierkammer 22 dem Atmosphärendruck PAtm ausgesetzt. Nach dem Schließen des Druckauslaßventils 58 und dem Öffnen des Druckeinlaßventils 56 wird in der Dosierkammer 22 eine Druckerhöhung um den Vordruck PVor durchgeführt. Die Höhe des variablen Vordrucks PVor richtet sich nach dem Füllstand der Warmhaltewanne 20, so daß auch das Zeitintervall tVor, in dem der Vordruck aufgebaut wird, je nach Füllstand der Warmhaltewanne 20 verschieden lang ist. Damit die Schmelze 12 Gelegenheit hat, in die Warmhaltewanne 20 zurückzufließen, wird der Vordruck PVor eine Weile auf konstantem Niveau gehalten. Ab dem Zeitpunkt tB ist die Dosiervorrichtung abgabebereit und kann auf einen Startbefehl, z. B. den Startbefehl einer Druckgießmaschine, fördern. Anschließend erfolgt zum Zeitpunkt t₁ durch die Zufuhr weiteren Druckgases eine Druckerhöhung um den konstanten Steigungsdruck PS, bis in dem Zeitpunkt t₂ die Schmelze am oberen Ende des Steigrohres angelangt ist. In diesem Zeitpunkt t₂ beginnt die Abgabe der Schmelze 12. Zusätzlich zu dem in der Dosierkammer 22 herrschenden Druck, der sich aus den Druckanteilen Atmosphärendruck PAtm, Vordruck PVor und Steigungsdruck PS zusammensetzt, wird mit der gleichen Druckaufbaugeschwindigkeit wie für den Aufbau des Steigungsdrucks PS der Förderdruck PF aufgebaut. Der Förderdruck PF wird auf einem konstanten Wert geregelt. Die Förderzeit tF ist durch den Zeitpunkt des Beginns des Schmelzeaustritts t₂ und durch den Zeitpunkt t₃ des Druckablassens bestimmt. Innerhalb dieses Zeitintervalls wird Schmelze 12 gefördert.
  • Der Zeitpunkt t₃ wird dabei anhand eines Integrals I₁ ermittelt, das den Förderdruck PF berücksichtigt. Dem Integral I₁ kann durch Messen ein gefördertes Schmelzevolumen zugeordnet werden. Das Zeitintegral I₁ wird ab dem Zeitpunkt t₂, dem Beginn der Abgabe der Schmelze, gebildet, da dieser Zeitpunkt mittels der Elektrode 54 leicht bestimmbar ist. Von diesem Zeitpunkt an fließt Schmelze 12 aus der Dosiervorrichtung 10, wobei die Fließgeschwindigkeit vom Förderdruck PF abhängt. Aus dem Produkt aus Steigrohrquerschnitt, Fließgeschwindigkeit und Förderzeit tF ergibt sich das geförderte Schmelzevolumen. Daher kann das geförderte Schmelzevolumen über die Förderzeit tF und den Zeitpunkt t₃ bestimmt werden. Für das Zeitintegral I₁ wird der in der Dosierkammer 22 herrschende Förderdruck PF über die Zeit integriert. Damit wird jedoch mittelbar die Fließgeschwindigkeit bei der Bestimmung des Integrals I₁ als Vergleichsgröße für das Schmelzevolumen berücksichtigt. Wenn das Integral I₁, das während der Schmelzeabgabe gebildet wird, einen gewünschten Wert erreicht hat (Zeitpunkt t₃), wird der Druck abgelassen.
  • Nach dem Beginn des Ablassens des Drucks im Zeitpunkt t₃ liegt der Druck in der Dosierkammer 22 zwar noch für kurze Zeit über der Druckgrenze 72, oberhalb derer Schmelze aus dem Steigrohr 48 austritt, jedoch wird dies durch die im folgenden noch beschriebene Kalibrierung berücksichtigt. Nach dem vollständigen Abbau des Drucks im Zeitpunkt tE strömt bei Atmosphärendruck PAtm Schmelze aus der Warmhaltewanne 20 in die Dosierkammer 22, so daß im Zeitpunkt tA. die Dosierkammer für weitere Dosiervorgänge mit Schmelze gefüllt ist. Nach dem erneuten Aufbau des Vordrucks PVor ist die Vorrichtung wieder dosierbereit.
  • Um das Integral I₁ zur Bestimmung der Schmelzevolumina nutzen zu können, ist eine Kalibrierung durchzuführen. Dabei wird in einer Kalibrierphase die Dosierkammer 22 wie zuvor beschrieben mit Druck beaufschlagt und es werden verschiedene Zeitintegrale I₁ gebildet. Durch Wiegen und Umrechnen werden zu diesen Zeitintegralen I₁ die gehörigen Schmelzevolumina bestimmt. Die Zeitintegrale I₁ und die Schmelzevolumina werden gespeichert.
  • Anhand der gespeicherten Werte kann für ein gewünschtes Schmelzevolumen der Sollwert für das Zeitintegral bestimmt werden.
  • Während einer Betriebsphase wird wiederum ein druckabhängiges Zeitintegral I₁ gebildet. Der Druck wird über das Druckauslaßventil 58 abgelassen, sobald das Zeitintegral I₁ den Sollwert erreicht hat. Die Berücksichtigung des Drucks in der Dosierkammer 22 erlaubt so die Berücksichtigung von Fließgeschwindigkeitsschwankungen in dem Steigrohr 48 und erhöht dadurch die Genauigkeit der Dosiervorrichtung 10. Der durch das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigte Fehler (F) ist durch den Unterschied zwischen dem ideal konstanten Druck und dem tatsächlich schwankenden Druck bestimmbar (Fig. 5).
  • Um einen Legierungswechsel durchzuführen, ist es erforderlich, die Dosiervorrichtung 10 vollständig zu entleeren. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 14 um die Achse 18 kippbar gelagert.
  • Zum Entleeren werden beide Teile 36, 38 der Abdeckhaube 34 hochgeklappt und anschließend wird das Gehäusse 14 z. B. mittels eines Hydraulikzylinders um die Kippachse 18 gekippt. Dabei werden die Warmhaltewanne 20 und die Dosierkammer 22 relativ zu der Auslaufkante 24 angehoben, bis schließlich das Steigrohr 48, der Boden 10 der Dosierkammer 22, der Verbindungskanal 50 und der Boden 28 der Warmhaltewanne 20 jeweils Gefälle zu der Auslaufkante 24 hin aufweisen. Nachdem die Schmelze vollständig ausgelaufen ist, wird das Gehäuse 14 zurückgekippt und es kann eine neue Schmelze eingefüllt werden.

Claims (27)

  1. Dosiervorrichtung (10) für Nichteisen-Metallschmelzen mit einer in einem Gehäuse (14) vorgesehenen Warmhaltewanne (20) zur Aufnahme eines Schmelzebades, wobei Schmelze (12) mittels Druckgas durch ein Steigrohr (48) aus dem Gehäuse (14) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (14) eine von der Warmhaltewanne (20) getrennte, gegenüber der Umgebung abgedichtete, mit Druck beaufschlagbare Dosierkammer (22) vorgesehen ist, aus der das Steigrohr (48) herausführt und die durch einen Verbindungskanal (50) mit dem Bodenbereich (26) der Warmhaltewanne (20) verbunden ist.
  2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Dosierkammer (22) zwei- bis viermal so groß ist, wie das maximal dosierbare Schmelzevolumen.
  3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Warmhaltewanne (20) mindestens das 20fache des Volumens der Dosierkammer (22) beträgt.
  4. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (50) von seinem im Bodenbereich (26) der Warmhaltewanne (20) gelegenen Ende zu der Dosierkammer (22) hin einen ansteigenden Verlauf aufweist.
  5. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsknal (50) mit Abstand über dem tiefsten Punkt der Dosierkammer (22) in diese mündet.
  6. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Gehäuseinneren zugewandte Ende des ansteigenden Steigrohres (48) unterhalb des oberen Endes des Verbindungskanals (50) liegt.
  7. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Erstreckung (V₂) des Verbindungskanals (50) größer ist als die vertikale Erstreckung (V₁) des Steigrohres (48).
  8. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmhaltewanne (20) ständig dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist.
  9. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmhaltewanne (20) zum Lauftaustausch mit der Umgebung verbunden ist.
  10. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Warmhaltewanne (20) über dem Schmelzespiegel (21) eine Widerstands-, Induktions- oder eine Verbrennungsheizung (32) angeordnet ist.
  11. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (40) der Dosierkammer (22) mit einem Neigungswinkel (a) zur Horizontalen (30) verläuft, der kleiner ist als der Neigungswinkel (b) des Bodens (28) der Warmhaltewanne (20) zur Horizontalen (30).
  12. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiervorrichtung (10) um einen Kippwinkel (c) zur Horizontalen (30) kippbar gelagert ist, der größer ist, als der Neigungswinkel (b) des Bodens (28) der Warmhaltewanne (20) zur Horizontalen (30).
  13. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmhaltewanne (20) auf der der Dosierkammer (22) abgewandten Seite eine Auslaufkante (24) aufweist.
  14. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß beim Entleeren der Dosiervorrichtung (10) in einer gekippten Stellung das Steigrohr (48), der Boden (40) der Dosierkammer (22), der Verbindungskanal (50) und der Boden (28) der Warmhaltewanne (20) jeweils Gefälle zu einer Auslaufkante (24) der Warmhaltewanne (20) haben.
  15. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierkammer (22), das Steigrohr (48) und der Verbindungskanal (50) als gemeinsam austauschbarer Einsatz ausgeführt sind.
  16. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drucksteuereinrichtung den Druckaufbau in der Dosierkammer (22) derart steuert, daß vor Abgabebeginn ein Vordruck (PVor) aufgebaut wird, bei dem der Pegel (23) der Schmelze (12) in dem Steigrohr (48) immer auf die gleiche Höhe (h₂) angehoben wird.
  17. Dosiervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Drucksteuereinrichtung gesteuerte Druckaufbau einen Vordruck (PVor) erzeugt, bei dem die Schmelze in der Dosierkammer (22) mindestens bis zur Unterkante (51) des oberen Endes des Verbindungskanals (50) abgesenkt wird.
  18. Dosiervorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzen in der Warmhaltewanne (20) und in der Dosierkammer (22) bei aufgebautem Vordruck (PVor) durch ein Luftpolster getrennt sind.
  19. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung zur Erzeugung einer konstanten Druckaufbaugeschwindigkeit für die Summe aus Steigungsdruck (PS) und Förderdruck (PF) ausgelegt ist.
  20. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung zum Konstanthalten der Summe aus Steigungsdruck (PS) und Förderdruck (PF) ausgelegt ist.
  21. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung mit mindestens einem Sensor, der den Druck in der Dosierkammer (22) ermittelt, und mit einer Uhr verbunden ist.
  22. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung zum Wärmeaustausch zwischen der Warmhaltewanne (20) und der Dosierkammer (22) durch Beaufschlagen der Dosierkammer (22) mit Druckgas ein Hin- und Herströmen der Schmelze (12) ermögilcht.
  23. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zum Trennen der Schmelzen in der Dosierkammer (22) und in der Warmhaltewanne (20) zwischen der Warmhaltewanne (20) und der Dosierkammer (22) Schieber, Stopfen oder ein Drehverschluß angeordnet sind.
  24. Verfahren zur Steuerung der Abgabe eines Schmelzevolumens, bei welchem über der Schmelze (12) ein Druckgaspolster erzeugt wird und dadurch Schmelze (12) über ein Steigrohr (48) abläuft, und bei welchem das abgegebene Schmelzevolumen von der Zeitdauer des Druckpolsters bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
    - in einer Kalibrierphase druckabhängige Zeitintegrale (I₁) gebildet werden, wobei für unterschiedliche Werte des Zeitintegrals (I₁) die Schmelzevolumina ermittelt und gespeichert werden,
    - anhand der gespeicherten Werte ein einem gewünschten Schmelzevolumen entsprechender Sollwert ausgewählt wird und
    - während einer Betriebsphase ein druckabhängiges Zeitintegral (I₁) gebildet und der Druck abgelassen wird, wenn dieses Zeitintegral (I₁) den Sollwert erreicht.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der für das Zeitintegral (I₁) berücksichtigte Druck, der in der Dosierkammer (22) herrschende Förderdruck (PF) ist.
  26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintegral (I₁) ab dem Beginn des Austritts der Schmelze (12) aus dem Steigrohr (48) gebildet wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, insbesondere zur Steuerung einer Dosiervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Vordruck (PVor) über den Füllstand der Warmhaltewanne (20) bestimmt wird.
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