EP1481748A1 - Apparatus and process for casting metal - Google Patents

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EP1481748A1
EP1481748A1 EP04010438A EP04010438A EP1481748A1 EP 1481748 A1 EP1481748 A1 EP 1481748A1 EP 04010438 A EP04010438 A EP 04010438A EP 04010438 A EP04010438 A EP 04010438A EP 1481748 A1 EP1481748 A1 EP 1481748A1
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EP
European Patent Office
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filling
level
stability limit
casting mold
melt
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EP04010438A
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EP1481748B1 (en
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Wolfgang Dr. Blümlhuber
Johann Wolf
Andreas Sachsenhauser
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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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
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/08—Controlling, supervising, e.g. for safety reasons

Definitions

  • the invention relates to a metal casting installation, and in particular to a low-pressure casting system, as well as a metal casting process, according to the The preamble of claim 1 and 7 respectively.
  • JP-A-08281414 describes a method for controlling the melt flow known to a die, in which the respective melt inflow to the casting mold on the basis of a constant filling speed calculated from the cross-sectional data of the mold cavity and then time-controlled with the help of a melt pump filling the mold is regulated.
  • density or Viscosity fluctuations caused by a non-uniform temperature distribution in the mold and cross-sectional tolerances of the mold cavity or other disruptive effects are not taken into account, so that there are significant deviations of the specified filling speed and accordingly The cast part produced in this way can lose quality.
  • the object of the invention is a metal casting plant and a metal casting process of the type mentioned in such a way that a largely arbitrary predetermined, ie not only constant, filling speed of the casting mold high accuracy is maintained.
  • the melt inflow to the casting mold is primarily through a control loop with a predetermined filling speed as a guide value and an opto-electronic fill level control as a measured value, at the same time, however, a pre-programmed level control is on standby carried along in a calculation stage the temporal course of the melt inflow based on the specified filling speed and CAD-based cross-sectional data of the mold cavity are calculated in advance and based on which is always used when the control loop is due to a process unavoidable disturbance of the optical level measurement, for example smoke development due to core gases, works incorrectly.
  • an easily detectable measurement signal stability limit is preferably a predetermined fluctuation range of the measurement signal and / or a sudden, deviation between the control characteristic of the control loop the measured and the predetermined filling speed value selected.
  • the advantages of the invention are particularly evident when, as preferred, the casting mold in a low pressure process into the melt bath pressure-adjustable melting furnace immersed ascending pipe.
  • the increase in furnace pressure is controlled via a pressure control loop below the measurement signal stability limit directly as a function of the control deviation between the measured and specified filling speed value and above the stability limit in accordance with one of the computing level including those that change during the filling process Level difference between the melting furnace and the mold determined control signal regulated.
  • Fig. 1 shows a low-pressure casting system with a melting furnace 1 for filling one at the funnel-shaped end of one immersed in the furnace bath
  • Riser 2 connectable casting mold 3 under the action of a gas pressure p, which has a pressure control circuit 4, consisting of a pressure sensor 5, a pressure regulator 6 and one to a compressed gas storage D connected valve 7, in accordance with a pressure control circuit 4 supplied Control signal is adjusted.
  • the pressure control signal is generated by a combined regulating and control system, primarily through its control loop 8, while the control 9 runs in standby and is only activated when the control circuit 8 is disturbed is.
  • the measuring device of the control circuit 8 consists of an opto-electronic Sensor in the form of a distance laser 10, the respective fill level h the mold 3 from the beginning to the end of the filling process continuously with high Cycle frequency samples.
  • the sensor measurement signal s is in a comparison stage 11 where it entered in the manner described below with a measurement signal stability limit compared and below the stability limit at the actual value input a controller 12 is forwarded.
  • a controller 12 is forwarded.
  • the control deviation between the temporal change in the measurement signal and a corresponding, determined for the measured level h predetermined guide value, which in a setpoint generator 13 in the form of a pre-programmed temporal fill level change, i.e. the course of the filling speed v as Function of the filling height h is saved.
  • the filling speed v is in consideration generally not consistently chosen for high casting quality, but e.g. in the area of thin cast wall thicknesses, where the melt viscosity more noticeable, lowered, so that of the lagging Melt fronts also have a uniform fill level in these areas is maintained.
  • the melt inflow to the mold 3 on the way regulated by the pressure regulator 6 such that the temporal fill level change at the speed value specified for this level is held, i.e. the increase in the furnace pressure p over time is increased, if the measured filling speed meets the specified guide value falls below, and reduced accordingly above the guide value.
  • the measurement signal stability limit is determined by two threshold value detectors 14, 15 the comparison level 11 defined.
  • the threshold detector 14 responds if the measurement signal s exceeds a predetermined fluctuation range, while the threshold detector 15 responds when the difference between the indicated by the sensor 10 and the predetermined filling speed, which is normally corrected by the control loop 8, a predetermined Extent exceeds.
  • the control circuit 8 is deactivated by the comparison stage 11 and the Control 9 switched on, whereupon the furnace pressure p in accordance with the the pressure values calculated in the controller 9 are adjusted.
  • the main component of the controller 9 is a computing stage 16, which as Function of the filling height h stored cross-sectional data of the mold cavity 18 the mold 3 from a data memory 17 via a signal line 19 the current furnace pressure values p from the pressure regulator 6 and via a further signal line 20 receives the level measurement signal s of the sensor 10, as long as it is works trouble-free, and via a - shown in dashed lines in Fig. 1 - Control line is activated by comparison stage 11 when the measurement signal stability limit is exceeded. Furthermore, the computing stage 16 Filling speed values v supplied as a function of the filling time.
  • the calculation takes place on the basis of the initial values h o , h so and p o at the beginning of the filling process and is explained in more detail with reference to FIG. 3 (left diagram).
  • the integration of the filling speed curve v results in the temporal height curve h and, taking into account the cross-sectional data of the data memory 17, the corresponding melt inflow m ,
  • the furnace pressure curve p is calculated in advance as follows: from the cross-sectional data of the mold cavity 18 for each filling height h, the melt volume that has already flowed into the casting mold 3 and thus the melt volume missing in the melting furnace 1 is known.
  • the level 16 does not contain the level h h originally calculated for this time z 1 , but rather the height h z1 measured last by the sensor 10 below the stability limit .
  • the melt and furnace pressure curves, m , p so far shifted in parallel that their values at the measuring height h z1 correspond to the melt flow and furnace pressure values regulated by the control circuit 8 at the time z 1 m z1 and p correspond to z1 , as shown by the dash-dotted lines in the left diagram of FIG. 3.
  • the filling process is continued with the calculated values corrected in this way, i.e. the furnace pressure p is regulated by the calculation stage 16 along the dash-dotted curve section - via the pressure control line 21 shown in dashed lines in FIG. 1 - until the sensor 10 again at the time z 2 works trouble-free, whereupon the calculated values again by the measured and control values , h z2 , m z2 and p z2 , the control circuit 8 are updated, as is shown by the dashed curve of the arithmetic diagram of FIG. 3, and the filling process is now continued in the control mode until the next measurement signal fault.
  • temporal calculation model can be the quality of the castings improve significantly because the filling process is based on a defined, predetermined matched the existing wall thickness and cross-sectional area of the casting Filling speed automatically and largely unaffected by uncontrollable interference effects and accordingly high accuracy.

Abstract

Metal casting installation comprises a control circuit (8) containing an opto-electronic sensor (10) which measures the actual filling height of the casting mold, a control unit (12) for adjusting the melt feed stream, and a comparison stage (11) which compares measuring signal stability limits. An independent claim is also included for a metal casting process using the above installation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Metallgießanlage, und insbesondere auf eine Niederdruck-Gießanlage, sowie auf ein Metallgießverfahren, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 7.The invention relates to a metal casting installation, and in particular to a low-pressure casting system, as well as a metal casting process, according to the The preamble of claim 1 and 7 respectively.

In Verbindung mit dem Schwerkraft-Gießverfahren ist es bekannt, die Füllstandshöhe der Gießrinne mit Hilfe eines Laser-Abstandssensors zu messen. Dabei kommt es jedoch aufgrund von unkontrollierten Badbewegungen, Streueffekten des Schmelzespiegels oder anderen Störeffekten zu erheblichen Messfehlem, so dass eine solche opto-elektronische Füllstandsmessung zur kontinuierlichen Regulierung des Schmelzezustroms zur Gießform ungeeignet ist.In connection with the gravity casting process it is known the level measure the launder with the help of a laser distance sensor. However, there are scatter effects due to uncontrolled bath movements of the melt level or other interference effects Measurement errors, so that such an opto-electronic level measurement for Continuous regulation of the melt flow to the mold is unsuitable is.

Ferner ist aus der JP-A-08281414 ein Verfahren zur Steuerung des Schmelzezustroms zu einer Druckgussform bekannt, bei dem der jeweilige Schmelzezustrom zur Gießform unter Zugrundelegung einer konstanten Füllgeschwindigkeit aus gespeicherten Querschnittsdaten der Formkavität vorausberechnet und dann zeitgesteuert mit Hilfe einer die Gießform befüllenden Schmeizepumpe reguliert wird. Bei einer derartigen Steuerung bleiben jedoch Dichteoder Viskositätsschwankungen, verursacht durch eine ungleichförmige Temperaturverteilung in der Gießform, sowie Querschnittstoleranzen der Formkavität oder andere Störwirkungen unberücksichtigt, so dass es zu deutlichen Abweichungen von der vorgegebenen Füllgeschwindigkeit und dementsprechend Qualitätseinbußen des auf diese Weise hergestellten Gussteils kommen kann. Furthermore, JP-A-08281414 describes a method for controlling the melt flow known to a die, in which the respective melt inflow to the casting mold on the basis of a constant filling speed calculated from the cross-sectional data of the mold cavity and then time-controlled with the help of a melt pump filling the mold is regulated. With such control, however, density or Viscosity fluctuations caused by a non-uniform temperature distribution in the mold and cross-sectional tolerances of the mold cavity or other disruptive effects are not taken into account, so that there are significant deviations of the specified filling speed and accordingly The cast part produced in this way can lose quality.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Metallgießanlage und ein Metallgießverfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine weitgehend beliebig vorgegebene, also nicht nur konstante Füllgeschwindigkeit der Gießform mit hoher Genauigkeit eingehalten wird.The object of the invention is a metal casting plant and a metal casting process of the type mentioned in such a way that a largely arbitrary predetermined, ie not only constant, filling speed of the casting mold high accuracy is maintained.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Metallgießanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.This object is achieved by a metal casting system with the Features of claim 1 and a method with the features of Claim 7 solved.

Erfindungsgemäß wird der Schmelzezustrom zur Gießform vorrangig durch einen Regelkreis mit einer vorgegebenen Füllgeschwindigkeit als Führungswert und einer opto-elektronischen Füllstandsabtastung als Messwert einreguliert, gleichzeitig aber eine vorprogrammierte Füllstandssteuerung in Bereitschaft mitgeführt, die in einer Rechenstufe den zeitlichen Verlauf des Schmelzezustroms auf der Grundlage der vorgegebenen Füllgeschwindigkeit und von CAD-gestützten Querschnittsdaten der Formkavität vorausberechnet und auf die immer dann zurückgegriffen wird, wenn der Regelkreis aufgrund einer prozessbedingt unvermeidbaren Störung der optischen Füllstandsmessung, etwa einer Rauchentwicklung durch Kerngase, fehlerhaft arbeitet. Auf diese Weise werden die systemimmanenten Fehlerquellen der opto-elektronischen Regelung einerseits und der programmgeführten Füllstandssteuerung andererseits wechselweise eliminiert und sichergestellt, dass der Füllprozess selbsttätig und exakt mit einer im Hinblick auf eine hohe Gussteilqualität vorgegebenen Füllgeschwindigkeit abläuft. Dabei können die von der Rechenstufe ermittelten Steuerwerte über eine entsprechende Signalleitung ständig durch die aktuellen Regelkreiswerte nachkorrigiert werden, solange die opto-elektronische Abtastung stabil arbeitet, und so die CAD-gestützte Füllstandssteuerung nochmals deutlich verbessert werden. According to the invention, the melt inflow to the casting mold is primarily through a control loop with a predetermined filling speed as a guide value and an opto-electronic fill level control as a measured value, at the same time, however, a pre-programmed level control is on standby carried along in a calculation stage the temporal course of the melt inflow based on the specified filling speed and CAD-based cross-sectional data of the mold cavity are calculated in advance and based on which is always used when the control loop is due to a process unavoidable disturbance of the optical level measurement, for example smoke development due to core gases, works incorrectly. In this way become the system-inherent sources of error of the opto-electronic control on the one hand and the program-controlled level control on the other alternately eliminated and ensured that the filling process automatically and exactly with a filling speed specified with regard to high casting quality expires. The data determined by the computing level can be used Control values via a corresponding signal line constantly through the current Loop values can be corrected as long as the opto-electronic scanning works stably, and so the CAD-based level control again be significantly improved.

Als für eine Echtzeitregulierung des Füllprozesses besonders günstige, weil leicht zu detektierende Messsignal-Stabilitätsgrenze wird vorzugsweise eine vorgegebene Schwankungsbreite des Messsignals und/oder eine sprunghafte, die Regelcharakteristik des Regelkreises überschreitende Abweichung zwischen dem gemessenen und dem vorgegebenen Füllgeschwindigkeitswert gewählt.Particularly favorable for real-time regulation of the filling process because an easily detectable measurement signal stability limit is preferably a predetermined fluctuation range of the measurement signal and / or a sudden, deviation between the control characteristic of the control loop the measured and the predetermined filling speed value selected.

Die Vorteile der Erfindung zeigen sich besonders deutlich, wenn, wie bevorzugt, die Gießform im Niederdruckverfahren über ein in das Schmelzebad eines druckregulierbaren Schmelzeofens eintauchendes Steigrohr befüllt wird. In diesem Fall wird der Anstieg des Ofendrucks über einen Druckregelkreis unterhalb der Messsignal-Stabilitätsgrenze unmittelbar als Funktion der Regelabweichung zwischen gemessenem und vorgegebenem Füllgeschwindigkeitswert und oberhalb der Stabilitätsgrenze nach Maßgabe eines von der Rechenstufe unter Einbeziehung der sich während des Füllvorgangs ändemden Füllstandsdifferenz zwischen Schmelzeofen und Gießform ermittelten Steuersignals einreguliert.The advantages of the invention are particularly evident when, as preferred, the casting mold in a low pressure process into the melt bath pressure-adjustable melting furnace immersed ascending pipe. In In this case the increase in furnace pressure is controlled via a pressure control loop below the measurement signal stability limit directly as a function of the control deviation between the measured and specified filling speed value and above the stability limit in accordance with one of the computing level including those that change during the filling process Level difference between the melting furnace and the mold determined control signal regulated.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:

Fig. 1
eine Niederdruck-Gießanlage einschließlich des zugeordneten Regel- und Steuersystems;
Fig. 2
ein Blockschaltbild der Vergleichsstufe gemäß Fig. 1; und
Fig. 3
Diagramme zur Darstellung der von der Rechenstufe ermittelten Steuerwerte (linkes Diagramm) und der entsprechenden Regelkreiswerte (rechtes Diagramm).
The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment in conjunction with the drawings. They show in a highly schematic representation:
Fig. 1
a low-pressure casting plant including the associated regulating and control system;
Fig. 2
a block diagram of the comparison stage of FIG. 1; and
Fig. 3
Diagrams to show the control values determined by the computing level (left diagram) and the corresponding control loop values (right diagram).

Fig. 1 zeigt eine Niederdruck-Gießanlage mit einem Schmelzeofen 1 zum Befüllen einer an das trichterförmig erweiterte Ende eines in das Ofenbad eintauchenden Steigrohrs 2 ankoppelbaren Gießform 3 unter der Wirkung eines Gasdrucks p, welcher über einen Druckregelkreis 4, bestehend aus einem Drucksensor 5, einem Druckregler 6 und einem an einen Druckgasspeicher D angeschlossenen Ventil 7, nach Maßgabe eines dem Druckregelkreis 4 zugeführten Stellsignals einreguliert wird.Fig. 1 shows a low-pressure casting system with a melting furnace 1 for filling one at the funnel-shaped end of one immersed in the furnace bath Riser 2 connectable casting mold 3 under the action of a gas pressure p, which has a pressure control circuit 4, consisting of a pressure sensor 5, a pressure regulator 6 and one to a compressed gas storage D connected valve 7, in accordance with a pressure control circuit 4 supplied Control signal is adjusted.

Erzeugt wird das Druckstellsignal von einem kombinierten Regel- und Steuersystem, und zwar vorrangig durch dessen Regelkreis 8, während die Steuerung 9 in Bereitschaft mitläuft und nur aktiviert wird, wenn der Regelkreis 8 gestört ist.The pressure control signal is generated by a combined regulating and control system, primarily through its control loop 8, while the control 9 runs in standby and is only activated when the control circuit 8 is disturbed is.

Die Messeinrichtung des Regelkreises 8 besteht aus einem opto-elektronischen Sensor in Form eines Abstandlasers 10, der die jeweilige Füllhöhe h der Gießform 3 vom Beginn bis zum Ende des Füllvorgangs laufend mit hoher Taktfrequenz abtastet. Das Sensor-Messsignal s wird in eine Vergleichsstufe 11 eingegeben, wo es auf die unten beschriebene Weise mit einer Messsignal-Stabilitätsgrenze verglichen und unterhalb der Stabilitätsgrenze an den lstwert-Eingang eines Reglers 12 weitergeleitet wird. Hier wird die Regelabweichung zwischen der zeitlichen Änderung des Messsignals und einem entsprechenden, für die gemessene Füllstandshöhe h vorgegebenen Führungswert ermittelt, welcher in einem Sollwertgeber 13 in Form einer fest vorprogrammierten zeitlichen Füllstandsänderung, d.h. des Verlaufs der Füllgeschwindigkeit v als Funktion der Füllhöhe h, gespeichert ist. Die Füllgeschwindigkeit v wird im Hinblick auf eine hohe Gussteilqualität im Allgemeinen nicht konstant gewählt, sondern z.B. im Bereich dünner Gusswandstärken, wo sich die Schmelzeviskosität stärker bemerkbar macht, abgesenkt, damit von den nacheilenden Schmelzefronten auch in diesen Bereichen ein einheitliches Füllstandsniveau aufrechterhalten wird. Durch das nach Maßgabe der Regelabweichung erzeugte Stellsignal des Reglers 12 wird der Schmelzezustrom zur Gießform 3 auf dem Wege über den Druckregler 6 derart einreguliert, dass die zeitliche Füllhöhenänderung auf dem für diese Füllhöhe vorgegebenen Geschwindigkeitswert gehalten wird, d.h. der zeitliche Anstieg des Ofendrucks p wird erhöht, wenn die gemessene Füllgeschwindigkeit den vorgegebenen Führungswert unterschreitet, und oberhalb des Führungswertes entsprechend verringert.The measuring device of the control circuit 8 consists of an opto-electronic Sensor in the form of a distance laser 10, the respective fill level h the mold 3 from the beginning to the end of the filling process continuously with high Cycle frequency samples. The sensor measurement signal s is in a comparison stage 11 where it entered in the manner described below with a measurement signal stability limit compared and below the stability limit at the actual value input a controller 12 is forwarded. Here is the control deviation between the temporal change in the measurement signal and a corresponding, determined for the measured level h predetermined guide value, which in a setpoint generator 13 in the form of a pre-programmed temporal fill level change, i.e. the course of the filling speed v as Function of the filling height h is saved. The filling speed v is in consideration generally not consistently chosen for high casting quality, but e.g. in the area of thin cast wall thicknesses, where the melt viscosity more noticeable, lowered, so that of the lagging Melt fronts also have a uniform fill level in these areas is maintained. By the generated according to the control deviation Control signal of the controller 12, the melt inflow to the mold 3 on the way regulated by the pressure regulator 6 such that the temporal fill level change at the speed value specified for this level is held, i.e. the increase in the furnace pressure p over time is increased, if the measured filling speed meets the specified guide value falls below, and reduced accordingly above the guide value.

Die Messsignal-Stabilitätsgrenze ist durch zwei Schwellwertdetektoren 14, 15 der Vergleichsstufe 11 definiert. Der Schwellwertdetektor 14 spricht an, wenn das Messsignal s eine vorgegebene Schwankungsbreite überschreitet, während der Schwellwertdetektor 15 anspricht, wenn die Differenz zwischen der vom Sensor 10 angezeigten und der vorgegebenen Füllgeschwindigkeit, welche normalerweise durch den Regelkreis 8 ausgeregelt wird, ein vorgegebenes Ausmaß überschreitet. Sobald eine derartige Messsignalstörung festgestellt wird, wird der Regelkreis 8 durch die Vergleichsstufe 11 deaktiviert und die Steuerung 9 zugeschaltet, woraufhin der Ofendruck p nach Maßgabe der von der Steuerung 9 errechneten Druckwerte einreguliert wird.The measurement signal stability limit is determined by two threshold value detectors 14, 15 the comparison level 11 defined. The threshold detector 14 responds if the measurement signal s exceeds a predetermined fluctuation range, while the threshold detector 15 responds when the difference between the indicated by the sensor 10 and the predetermined filling speed, which is normally corrected by the control loop 8, a predetermined Extent exceeds. As soon as such a measurement signal fault is detected the control circuit 8 is deactivated by the comparison stage 11 and the Control 9 switched on, whereupon the furnace pressure p in accordance with the the pressure values calculated in the controller 9 are adjusted.

Hauptbestandteil der Steuerung 9 ist eine Rechenstufe 16, welche die als Funktion der Füllhöhe h gespeicherten Querschnittsdaten der Formkavität 18 der Gießform 3 aus einem Datenspeicher 17 abruft, über eine Signalleitung 19 die aktuellen Ofendruckwerte p vom Druckregler 6 und über eine weitere Signalleitung 20 das Füllstands-Messsignal s des Sensors 10 erhält, solange dieser störungsfrei arbeitet, sowie über eine - in Fig. 1 gestrichelt dargestellte - Steuerleitung durch die Vergleichsstufe 11 aktiviert wird, wenn die Messsignal-Stabilitätsgrenze überschritten wird. Ferner werden der Rechenstufe 16 die Füllgeschwindigkeitswerte v als Funktion der Füllzeit zugeführt.The main component of the controller 9 is a computing stage 16, which as Function of the filling height h stored cross-sectional data of the mold cavity 18 the mold 3 from a data memory 17 via a signal line 19 the current furnace pressure values p from the pressure regulator 6 and via a further signal line 20 receives the level measurement signal s of the sensor 10, as long as it is works trouble-free, and via a - shown in dashed lines in Fig. 1 - Control line is activated by comparison stage 11 when the measurement signal stability limit is exceeded. Furthermore, the computing stage 16 Filling speed values v supplied as a function of the filling time.

Die Berechnung erfolgt aufgrund der Ausgangswerte ho, hso und po zu Beginn des Füllvorgangs und wird anhand der Fig. 3 (linkes Diagramm) näher erläutert. Durch Integration des Füllgeschwindigkeitsverlaufs v ergibt sich der zeitliche Höhenverlauf h und unter Einbeziehung der Querschnittsdaten des Datenspeichers 17 der entsprechende Schmelzezustrom m. Die Ofendruckkurve p wird wie folgt vorausberechnet: Aus den Querschnittsdaten der Formkavität 18 ist für jede Füllhöhe h das in die Gießform 3 bereits eingeströmte und damit das im Schmelzeofen 1 fehlende Schmelzevolumen bekannt. Hieraus ergibt sich unter Einbeziehung des Ofenquerschnitts der jeweilige Ofenfüllstand hs und somit auch die Höhe der Flüssigkeitssäule h - hs und aus dieser, multipliziert mit der Schmelzedichte, der jeweils erforderliche Ofendruck p. In Fig. 3 (linkes Diagramm) sind diese Rechenwerte zu Beginn des Füllvorgangs in durchgehenden Linien dargestellt. Aufgrund der eingangs erwähnten Störeffekte entsprechen die so errechneten Werte jedoch nicht den tatsächlich vorliegenden, vom Regelkreis 8 in dessen Aktivphase ermittelten Mess- und Regelwerten (rechtes Diagramm der Fig. 3) und werden daher laufend über die Signalleitungen 19, 20 aktualisiert. Wenn somit der Sensor 10 zum Zeitpunkt z1 ausfällt, enthält die Rechenstufe 16 als Füllstandshöhe h nicht den ursprünglich für diesen Zeitpunkt z1 vorausberechneten, sondern den vom Sensor 10 zuletzt unterhalb der Stabilitätsgrenze gemessenen Höhenwert hz1. Gleichzeitig sind auch die Schmelze- und Ofendruckkurven, m, p, soweit parallel verschoben, dass ihre Werte bei der Messhöhe hz1 den zum Zeitpunkt z1 vom Regelkreis 8 eingeregelten Schmelzestrom- und Ofendruckwerten m z1 und pz1 entsprechen, wie dies durch die strichpunktierten Linien im linken Diagramm der Fig. 3 dargestellt ist. The calculation takes place on the basis of the initial values h o , h so and p o at the beginning of the filling process and is explained in more detail with reference to FIG. 3 (left diagram). The integration of the filling speed curve v results in the temporal height curve h and, taking into account the cross-sectional data of the data memory 17, the corresponding melt inflow m , The furnace pressure curve p is calculated in advance as follows: from the cross-sectional data of the mold cavity 18 for each filling height h, the melt volume that has already flowed into the casting mold 3 and thus the melt volume missing in the melting furnace 1 is known. Including the furnace cross section, this results in the respective furnace fill level h s and thus also the height of the liquid column h - h s, and from this, multiplied by the melt density, the furnace pressure p required in each case. 3 (left diagram), these calculated values are shown in solid lines at the beginning of the filling process. Because of the interference effects mentioned at the outset, however, the values calculated in this way do not correspond to the actual measured and control values determined by the control circuit 8 in its active phase (right-hand diagram in FIG. 3) and are therefore continuously updated via the signal lines 19, 20. If the sensor 10 fails at the time z 1 , the level 16 does not contain the level h h originally calculated for this time z 1 , but rather the height h z1 measured last by the sensor 10 below the stability limit . At the same time, the melt and furnace pressure curves, m , p, so far shifted in parallel that their values at the measuring height h z1 correspond to the melt flow and furnace pressure values regulated by the control circuit 8 at the time z 1 m z1 and p correspond to z1 , as shown by the dash-dotted lines in the left diagram of FIG. 3.

In der nunmehr beginnenden Steuerphase wird der Füllprozess mit den so korrigierten Rechenwerten fortgesetzt, der Ofendruck p also von der Rechenstufe 16 längs des strichpunktierten Kurvenstücks - über die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Drucksteuerleitung 21 - einreguliert, bis der Sensor 10 zum Zeitpunkt z2 wieder störungsfrei arbeitet, woraufhin die Rechenwerte erneut durch die Mess- und Regelwerte, hz2, m z2 und pz2, des Regelkreises 8 aktualisiert werden, wie dies durch den gestrichelten Kurvenverlauf des Rechendiagramms der Fig. 3 dargestellt ist, und der Füllprozess nunmehr im Regelmodus bis zur nächsten Messsignalstörung weitergeführt wird.In the control phase now beginning, the filling process is continued with the calculated values corrected in this way, i.e. the furnace pressure p is regulated by the calculation stage 16 along the dash-dotted curve section - via the pressure control line 21 shown in dashed lines in FIG. 1 - until the sensor 10 again at the time z 2 works trouble-free, whereupon the calculated values again by the measured and control values , h z2 , m z2 and p z2 , the control circuit 8 are updated, as is shown by the dashed curve of the arithmetic diagram of FIG. 3, and the filling process is now continued in the control mode until the next measurement signal fault.

Durch die beschriebene, in Echtzeit ablaufende Niederdruckbefüllung mit einem die aktuelle Füllhöhe erfassenden Regelkreis 8 und einem hierzu alternierend aktivierten, zeitlichen Rechenmodell lässt sich die Qualität der Gussteile erheblich verbessern, da der Füllprozess mit einer definiert vorgegebenen, auf die jeweils vorhandene Wandstärke und Querschnittsfläche des Gussteils abgestimmten Füllgeschwindigkeit selbsttätig und weitgehend unbeeinflusst von unkontrollierbaren Störeffekten und dementsprechend hoher Genauigkeit abläuft.Through the described, real-time low-pressure filling with a the current filling level control loop 8 and an alternating thereto activated, temporal calculation model can be the quality of the castings improve significantly because the filling process is based on a defined, predetermined matched the existing wall thickness and cross-sectional area of the casting Filling speed automatically and largely unaffected by uncontrollable interference effects and accordingly high accuracy.

Claims (8)

Metallgießanlage, insbesondere Niederdruck-Gießanlage, mit einer den jeweiligen Schmelzezustrom zur Gießform nach Maßgabe einer vorgegebenen zeitlichen Füllhöhenänderung (Füllgeschwindigkeit) aus gespeicherten Querschnittsdaten der Formkavität berechnenden Rechenstufe und einer von den Ausgangssignalen der Rechenstufe betätigten, den Schmelzezustrom regulierenden Stelleinrichtung, gekennzeichnet durch
einen Regelkreis (8), der enthält: einen opto-elektronischen, die aktuelle Füllhöhe (h) der Gießform (3) messenden Sensor (10), einen den Schmelzezustrom (m) in Abhängigkeit von der Regelabweichung zwischen der gemessenen zeitlichen Füllhöhenänderung und dem zugeordneten Füllgeschwindigkeitswert (v) einstellenden Regler (12), und eine die Messsignale (s) mit einer vorgegebenen Messsignal-Stabilitätsgrenze vergleichende, bei Überschreiten der Stabilitätsgrenze die Rechenstufe (16) und unterhalb der Stabilitätsgrenze den Regler (12) zur Regulierung des Schmelzestroms anwählende Vergleichsstufe (11). Metal casting plant, in particular low-pressure casting plant, with a respective level of melt flow to the casting mold in accordance with a predetermined change in filling level (filling speed) from stored cross-sectional data of the mold cavity and a computing device actuated by the output signals of the computing level and regulating the melt inflow, characterized by
a control loop (8) which contains: an opto-electronic sensor (10) measuring the current filling height (h) of the casting mold (3), one the melt inflow ( m ) as a function of the control deviation between the measured fill level change over time and the assigned fill speed value (v) -controller (12), and a comparison stage (11) comparing the measurement signals (s) with a predetermined measurement signal stability limit, the calculation stage (16) when the stability limit is exceeded and the regulator (12) below the stability limit for regulating the melt flow. Metallgießanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine unterhalb der Stabilitätsgrenze ein Füllstands-Korrektursignal von der Vergleichsstufe (11 ) auf die Rechenstufe (16) aufschaltende Signalverbindung (20).Metal casting plant according to claim 1, characterized by
a signal connection (20) connecting a level correction signal from the comparison stage (11) to the computing stage (16) below the stability limit. Metallgießanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vergleichsstufe (11) einen die Rechenstufe (16) oberhalb einer vorgegebenen Messsignal-Schwankungsbreite anwählenden Schwellwertdetektor (14) enthält.Metal casting plant according to claim 1 or 2, characterized in that
the comparison stage (11) contains a threshold value detector (14) which selects the computing stage (16) above a predetermined measurement signal fluctuation range. Metallgießanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vergleichsstufe (11) einen die Rechenstufe (16) oberhalb einer vorgegebenen Differenz zwischen der zeitlichen Ableitung des Sensorsignals (s) und dem zugeordneten Füllgeschwindigkeitswert (v) anwählenden Schwellwertdetektor (15) enthält.Metal casting plant according to one of the preceding claims, characterized in that
the comparison stage (11) contains a threshold value detector (15) which selects the computing stage (16) above a predetermined difference between the time derivative of the sensor signal (s) and the assigned filling speed value (v). Metallgießanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem druckregulierbaren Schmelzeofen (1) zum Befüllen der Gießform über ein in das Ofenbad eintauchendes Steigrohr (2), dadurch gekennzeichnet, dass
als Stelleinrichtung ein den Anstieg des Ofendrucks (p) nach Maßgabe des Stellsignals des Reglers (12) und oberhalb der Stabilitätsgrenze nach Maßgabe des unter Einbeziehung der Füllstandsdifferenz zwischen Schmelzeofen (1) und Gießform (3) ermittelten Ausgangssignals der Rechenstufe (16) einregulierender Druckregelkreis (6) vorgesehen ist. Metal casting plant according to one of the preceding claims, with a pressure-adjustable melting furnace (1) for filling the casting mold via a riser pipe (2) immersed in the furnace bath, characterized in that
as a control device, a pressure regulating circuit regulating the rise in the furnace pressure (p) in accordance with the control signal of the controller (12) and above the stability limit in accordance with the output signal of the computing stage (16) determined taking into account the level difference between the melting furnace (1) and the casting mold (3) 6) is provided. Metallgießanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der opto-elektronische Sensor (10) ein Lasersensor ist.Metal casting plant according to one of the preceding claims, characterized in that
the opto-electronic sensor (10) is a laser sensor. Metallgießverfahren, bei dem eine Gießform mit einer vorgegebenen zeitlichen Füllhöhenänderung (Füllgeschwindigkeit) mit Metallschmelze aus einem Schmelzeofen befüllt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
der jeweiligen Schmelzezustrom zur Gießform aus gespeicherten Querschnittsdaten der Gießform und dem zugeordneten Füllgeschwindigkeitswert vorausberechnet und
die aktuelle Füllhöhe der Gießform auf opto-elektronischem Wege während des Füllprozesses laufend gemessen wird,
die Füllhöhen-Messsignale mit einer Messsignal-Stabilitätsgrenze verglichen werden und
unterhalb der Messsignal-Stabilitätsgrenze der Schmelzezustrom zur Gießform nach Maßgabe der Regelabweichung zwischen gemessener zeitlicher Füllhöhenänderung und zugeordnetem Füllgeschwindigkeitswert geregelt und die Berechnung des Schmelzezustroms entsprechend korrigiert und bei Überschreiten der Stabilitätsgrenze der errechnete Schmelzezustrom in die Gießform eingespeist wird.Metal casting process in which a casting mold is filled with molten metal from a melting furnace with a predetermined change in filling height (filling speed), characterized in that
the respective melt inflow to the casting mold is calculated in advance from stored cross-sectional data of the casting mold and the assigned filling speed value and
the current fill level of the mold is continuously measured opto-electronically during the filling process,
the level measurement signals are compared with a measurement signal stability limit and
below the measurement signal stability limit of the melt inflow to the casting mold is regulated in accordance with the control deviation between the measured temporal filling level change and the assigned filling speed value and the calculation of the melt inflow is corrected accordingly and the calculated melt inflow is fed into the casting mold if the stability limit is exceeded. Metallgießverfahren nach Anspruch 7, bei dem die Gießform über eine in das Schmelzebad eines druckregulierbaren Schmelzeofens eintauchendes Steigrohr befüllt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
der Anstieg des Ofendrucks unterhalb der Messsignal-Stabilitätsgrenze direkt als Funktion der Regelabweichung und oberhalb der Stabilitätsgrenze nach Maßgabe eines unter Berücksichtigung der Füllstandsdifferenz zwischen Schmelzeofen und Gießform errechneten Stellwerts einreguliert wird.Metal casting method according to Claim 7, in which the casting mold is filled via a riser pipe which is immersed in the melt bath of a pressure-adjustable melting furnace, characterized in that
the increase in the furnace pressure below the measurement signal stability limit is adjusted directly as a function of the control deviation and above the stability limit in accordance with a control value calculated taking into account the level difference between the melting furnace and the casting mold.
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