EP1080809B1

EP1080809B1 - Verfahren zur Regelung der Metalldosiermenge

Info

Publication number: EP1080809B1
Application number: EP00114000A
Authority: EP
Inventors: Friedrich Georg Stummer
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: Mueller Weingarten AG
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-07-01
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: US6379609B1; JP4660660B2; ATE289238T1; EP1080809A1; DE50009534D1; DE19941430A1; ES2237367T3; JP2001079654A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Metalldosierung von Druckgiessmaschinen bei denen die Dosierung durch Unterdruck erfolgt.

Stand der Technik

Aus der EP 0 051 310 B1 ist eine Druckgiessmaschine bekannt geworden, die nach dem sogenannten Vakuum-Druckgiessverfahren arbeitet. Bei diesem Verfahren wird die Metallschmelze aus einem Warmhalteofen über ein Ansaugrohr in die Giesskammer mittels Unterdruck angesaugt, wobei der Unterdruck über einen Absaugkanal in der Formteilungsfläche der Gießform aufgebracht wird. Der an der Giessform angelegte Unterdruck soll im wesentlichen 2 Funktionen erfüllen:
Zum einen die Entgasung der Giesskammer und der Form durchführen und zum anderen die zur Teileherstellung erforderliche Metallmenge aus dem Warmhalteofen in die Giesskammer ansaugen. Ein wesentlicher Faktor für die Qualität der Gusswerkstücke ist dabei die Dosiergenauigkeit. Eine hohe Dosiergenauigkeit erfordert auch die entsprechende Einregelung der Maschinen-parameter zur Erzielung der gewünschten Prozess-Sicherheit.

Ein bewährtes Verfahren für eine gute Dosiergenauigkeit ist in der DE 41 12 753 A1 offenbart. Mittels einer Messeinrichtung wird durch einen Sensor der Füllstand in der Giesskammer gemessen. Dieses Verfahren ist jedoch nur geeignet für Kaltkammer-Druckgiessmaschinen, bei denen die Dosierung z.B. durch einen Dosierlöffel in eine Öffnung der Giesskammer erfolgt. Die Funktion und die Messgenauigkeit eines Sensors zur Niveaumessung ist in der EP 0 014 301 ausführlich beschrieben. Eine nach dem Vakuumverfahren betriebene Druckgiessmaschine arbeitet in einer Art geschlossenem System, d.h. eine externe Dosierung findet nicht statt. Eine in der Regel nach oben gerichtete Dosieröffnung in der Giesskammer, wie in der DE 41 12 753 beschrieben, ist nicht vorhanden und das Verfahren der Füllstandsmessung in der Giesskammer somit nicht problemlos anwendbar.

Aufgabe und Vorteil der Erfindung

Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 stellt sich die Aufgabe ein Verfahren vorzuschlagen, welches für Vakuum-Druckgiessmaschinen eine hohe Dosiergenauigkeit der Metallschmelze gewährleistet.

Das Wesen der Erfindung besteht nun darin, das Verfahren aus der DE 41 12 753 A1 des Erfinders so weiter zu entwickeln, dass eine Verwendung bei Vakuum-Druckgiessmaschinen möglich ist. Da eine Niveaumessung in der Giesskammer nicht auf einfache Weise durchführbar ist, wird die entsprechende Messung in dem Warmhalteofen durchgeführt. Zu diesem Zweck wird eine Sonde in den Warmhalteofen eingebaut, die die Füllhöhe der Schmelze und deren Veränderung während der Dosierphase erfasst. Da die Erfindung nicht auf die Messung einer Niveauveränderung beschränkt ist, sondern einen kompletten Regelkreis vorschlägt, wird aus dem Signal der Sonde ein Istwert gebildet und dieser mit einem Sollwert verglichen. Der Sollwert wird ermittelt aus den für eine optimale Teileproduktion erforderlichen Parametern und mit zulässigen Toleranzen versehen. Das Ergebnis des Vergleichs von Soll- und Istwert wird in einem Rechner derart verarbeitet, dass Dosierparameter wie z.B. Unterdruck und Dosierzeit für eine optimale Giessteilproduktion eingeregelt werden. Zu diesem Regelprozess sind im Rechner mathematische und physikalische Formeln und Regeln enthalten die durch giesstechnisches Fachwissen ergänzt werden. Der Rechner wird dadurch in die Lage versetzt, die jeweils optimalen Verfahrensparameter zu ermitteln und die Werte an die Maschinensteuerung zur Durchführung von Regelvorgängen weiterzuleiten. Die Niveaumessung kann dabei durch weitere Messparameter ergänzt werden.

Beispielhaft kann die Ofenfüllung durch das Ofengewicht ermittelt werden oder die temperaturabhängige Viskosität der Metallschmelze durch die entsprechende Auswertung einer Temperaturmessung. Auch eine Überwachung der Ansaugzeit ist an einem Vakuumventil vorgesehen. Eine Sollwertüberschreitung ist dabei ein Hinweis auf eine Funktionsstörung bzw. auf eine fehlerhafte Teileproduktion, wenn die erforderliche Dosiermenge in diesem Zeitraum nicht durch einen Niveausensor bestätigt wurde. Alle diese Massnahmen dienen dem Ziel der Qualitätserhöhung und somit der Minimierung von Ausschussteilen. Da der gesamte Giessprozess gekennzeichnet ist durch eine grosse Zahl von Einflüssen, ist es wichtig die einzelnen Parameter sicher zu beherrschen. So hängt von der Dosiergenauigkeit nicht nur die Geometrie und Gefügequalität des Giessteiles ab, sondern auch zu deren Erzielung etliche Einstellparameter der Druckgiessmaschine. Beispielhaft gilt dieses für die Umschaltpunkte der druck- oder wegabhängigen Zuschaltung der einzelnen Giessphasen, ebenso ist die Kenntnis von Temperatur und Viskosität der Metallschmelze erforderlich für die Regelung der Giessgeschwindigkeit und den spezifischen Giessdrücken. Die Einbringung von speziellen druckgiesstechnischem Fachwissen in Verbindung mit einem Rechnereinsatz ermöglicht auch eine wesentlich komplexere Analyse der Istdaten und deren Verwendbarkeit. So kann z.B. eine vermeintlich zu geringe Schmelzetemperatur durch eine Erhöhung des Unterdruckes und damit Reduzierung der Dosierzeit doch zu Gutteilen führen. Druckgiesstechnisches Fachwissen beinhaltet auch die Kenntnis des Strömungsverhaltens der Metallschmelze. So wird in der Ansaug- und Dosierphase ein hoher Unterdruck von z.B. 50 mbar angestrebt, wodurch im Bereich einer Drossel, die im Einströmbereich des Ansaugrohres angebracht ist, günstige Einströmgeschwindigkeiten von ca. 4 ÷ 10 m/s auftreten.

Mit dem vorgeschlagenen Dosierverfahren ist durch geringen Aufwand eine hohe Prozess-Sicherheit erreichbar. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemässen Verfahrens angegeben.

In der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sind weitere Einzelheiten und Vorteile näher erläutert.

Beschreibung der Erfindung

Die Figur zeigt die teilweise Darstellung einer Vakuum-Druckgiessmaschine. Auf der angedeutete festen Aufspannplatte 1 ist die feste Formhälfte 2 aufgespannt. Die bewegliche Formhälfte 3 ist auf der beweglichen Ausspannplatte 4 befestigt. Die Formhälften 2, 3 sind im geschlossenem Zustand dargestellt. Das die Entgasung und Dosierung regelndes Vakuumventil 5 ist auf der beweglichen Formhälfte 3 befestigt. Das Vakuumventil 5 steht in Wirkverbindung mit einer nicht näher dargestellten Evakuiereinrichtung 15. Die flüssige Schmelze 6 befindet sich im Warmhalteofen 7. Die Ansaugung der Schmelze 6, durch das regelbare Vakuum, findet über das Saugrohr 8 in die Giesskammer 9 statt. Das Saugrohr 8 ist so gestaltet, dass auf der Einströmseite eine Drosselstelle bzw. Querschnittsverengung angebracht ist. Das Mass für die Querschnittsverengung richtet sich nach dem gewünschten Ansaugvolumen und damit nach dem Teilegewicht. Insbesondere wird ein Querschnitt gewählt, der jeweils optimale Strömungsverhältnisse bzw. Einströmgeschwindigkeiten von ca. 4 ÷ 10 m/s gewährleistet. Die eigentliche Einbringung der dann in der Giesskammer 9 befindlichen Schmelze in den Formhohlraum der Form 2, 3 geschieht durch das Vorverfahren von Giesskolben 10. Die Giesskolbengeschwindigkeit ist regelbar und abhängig von den Verfahrensschritten:

1. Überfahren der Ansaugöffnung mit geringer Geschwindigkeit

2. Hohe Geschwindigkeit zur Formfüllung

3. Reduzierende Geschwindigkeit bis auf Null, bei hohem Druck zur Schmelzeverdichtung im Formhohlraum.

Massgeblich für die Dosierung der Schmelze 6 in der Giesskammer 9 ist das Vakuum, wobei die Ansaugzeit über das Vakuumventil 5 geregelt wird. Einfluss auf die Dosiermenge haben verschiedene Parameter wie z.B. die Größe des Unterdruckes, die Dosierzeit als Funktion der Regelung des Vakuumventil 5, das Niveau der Schmelze 6 im Warmhalteofen 7, die Ansaughöhe der Schmelze 6 bezogen auf die Einbauhöhe der Giesskammer 9, die Temperatur der Schmelze 6 auch als Rückschluss auf die Viskosität.

Zur Erfassung von Einflussgrössen sind im Warmhalteofen 7 beispielhaft Istwertaufnehmer 11, 12, 13 angedeutet. So kann Sonde 11 das jeweilige Niveau und dessen Veränderung während der Dosierung erfassen. Eine Temperaturmessung der Schmelze kann durch Messaufnehmer 12 erfolgen und die Gewichtsmessung des Schmelzebades erfolgt durch Wiegeeinrichtung 13. Diese Messwertaufnehmer sind zur Analyse und Verarbeitung der Istwerte mit einem Rechner 14 verbunden. Neben dem Soll-Istwertvergleich werden dann im Rechner 14 mit Hilfe der mathematischen, physikalischen, giesstechnischen und maschinenspezifischen Gegebenheiten die optimalen Regelparameter ermittelt. Diese Parameter dienen zur Regelung der Vakuumeinrichtung und damit zur Erzielung einer hohen Dosiergenauigkeit. Als Ausgabewert von Rechner 14 kann somit z.B. die Ansteuerzeit des Vakuumventil 5 oder die Grösse des Unterdruckes geregelt werden.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel des Verfahrens beschränkt. Sie umfasst auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Ausgestaltungen im Rahmen des erfinderischen Gedankens.

Claims

Verfahren zur Regelung der Metalldosierung bei Vakuum-Druckgiessmaschinen mit einer Giesskammer (9) und einem in der Giesskammer (9) verschiebbaren Giesskolben (10), wobei die Metallschmelze (6) aus einem Warmhalteofen (7) angesaugt und die Dosierung der Metallschmelze (6) durch Unterdruck und durch Ansteuerung eines Vakuumventils (5) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zur genauen Bestimmung der Dosiermenge der Metallschmelze (6) innerhalb der Giesskammer (9) die innerhalb des Warmhalteofens (7) befindliche Menge der Metallschmelze (6) mittels wenigstens eines Sensors (11, 13) durch Istwertermittlung erfasst und die gemessenen Werte mit Sollwerten in einem Rechner (14) verglichen werden und dass die Evakuiereinrichtung (15) und/oder das Vakuumventil (5) aufgrund des Ist/Sollwertvergleichs geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Vakuumventil (5) die Durchflusszeit und/oder die Durchflussmenge regelbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung die ausserhalb dem Toleranzwert liegt der Rechner (14) einen Regelwert ermittelt der als Regelgrösse auf eine Evakuiereinrichtung (15) und/oder ein Vakuumventil (5) einwirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung des Füllstandes der Schmelze (6) im Warmhalteofen (7) während der Schmelzeansaugung durch Niveausensor (11) erfolgt und der Niveausensor (11) in Verbindung mit einem Rechner (14) steht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung der Temperatur der Schmelze (6) im Warmhalteofen (7) durch Temperatursensor (12) erfolgt und der Temperatursensor (12) in Verbindung mit einem Rechner (14) steht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewichtsmessung der Schmelze (6) durch eine Wiegeeinrichtung (13) erfolgt und diese in Verbindung mit einem Rechner (14) steht.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte der Sensoren (11, 12, 13) im Rechner (14) auswertbar sind und gegebenenfalls über einen Algorithmus eine Regelgrösse erzeugbar ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgrösse den Unterdruck und/oder die Schaltfunktion des Vakuumventil (5) und/oder die Bewegung des Giesskolben 10 regelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Istwertüberschreitung, insbesondere Abweichung der Dosierzeit am Vakuumventil (5) bezogen auf das Ansaugvolumen der Schmelze (6) in die Giesskammer (9), als Funktionsstörung und/oder zur Gut- oder Ausschussteilanalyse berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck der Evakuiereinrichtung (15) so geregelt wird, dass die Einströmgeschwindigkeit der Metallschmelze (6) in das Saugrohr (8) 4 bis 10 m/s beträgt.