EP4251345A1 - Gussformanordnung - Google Patents

Gussformanordnung

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Publication number
EP4251345A1
EP4251345A1 EP21819111.2A EP21819111A EP4251345A1 EP 4251345 A1 EP4251345 A1 EP 4251345A1 EP 21819111 A EP21819111 A EP 21819111A EP 4251345 A1 EP4251345 A1 EP 4251345A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
arrangement according
casting mold
mold arrangement
indentation
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.)
Pending
Application number
EP21819111.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Henry Roger Frick
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.)
Rheinmetall Air Defence AG
Original Assignee
Rheinmetall Air Defence AG
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 Rheinmetall Air Defence AG filed Critical Rheinmetall Air Defence AG
Publication of EP4251345A1 publication Critical patent/EP4251345A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • B22D2/00—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
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    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level
    • B22D11/186—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level by using electric, magnetic, sonic or ultrasonic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/08—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring variation of an electric variable directly affected by the flow, e.g. by using dynamo-electric effect
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    • G01P5/083—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring variation of an electric variable directly affected by the flow, e.g. by using dynamo-electric effect by using electronic circuits for measuring the dynamoelectric effect
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material

Definitions

  • the invention relates to a mold assembly having the features of the preamble of patent claim 1 .
  • a first mold assembly includes a mold and at least one metering section.
  • the mold has a cavity that can be filled with an electrically conductive casting material.
  • the material to be cast is in molten form for filling the mold and is therefore also referred to as a melt.
  • the at least one measuring section has a transmitting coil and two receiving means designed as receiving coils, the transmitting coil and the two receiving coils being arranged in a waveguide.
  • the two receiving coils are arranged symmetrically to the transmitting coil.
  • the measuring section is arranged within the casting mold and surrounds a casting channel through which the casting material flows. An electrical signal is applied to the transmission coil, with a carrier frequency of the electrical signal being below the lowest limit frequency of the waveguide.
  • a time-varying electromagnetic field can be generated by the transmitting coil, with the electromagnetic field generated by the transmitting coil and influenced by the casting material being received by the two receiving coils.
  • a measure of the speed can be determined in the case of a laminar flow of the casting material at the edge of the pouring channel.
  • the measure is formed by taking the difference between the received signals from the receiving coils.
  • DE 10 2019 107033 A1 also shows a second mold arrangement with a mold and with at least one measuring section.
  • the mold also has a cavity that can be filled with an electrically conductive casting material.
  • the at least one measuring section now has two transmission coils and a receiving means, which is designed as a single receiving coil, with the transmitting coils and the receiving coil being arranged in a waveguide.
  • the two transmitting coils are arranged symmetrically to the receiving coil.
  • the measuring section is in turn arranged inside the mold and encompasses a pouring channel.
  • An electrical signal with the current +l ⁇ t> is present at one transmitter coil and an electrical signal with the current -IF is present at the other transmitter coil.
  • a common carrier frequency of the electrical signals is below the lowest limit frequency of the waveguide, with a time-varying electromagnetic field being generated by the transmitting coils, with the electromagnetic field generated by the transmitting coils and influenced by the casting material being received by the receiving coil, with a measure for the velocity in a laminar Flow of the melt at the edge of the pouring channel is determined from the received signal of the receiving coil.
  • the speed measurement can only be carried out with great effort, in particular complicated algorithms are necessary for the analysis of the time-varying received signals.
  • the invention is therefore based on the object of designing and developing the casting mold arrangement of the generic type in such a way that a speed measurement is improved.
  • the basic principle of the invention is essentially that the pouring channel has an indentation, the indentation having a spatial extent in the direction of the pouring channel axis.
  • the indentation influences the electromagnetic field generated by the transmission coil in such a way that the electrons collect in particular at the boundaries of the indentation. A particularly precise speed measurement is thus made possible. Furthermore, the indentation can be used for arranging components, for example for arranging measuring sensors.
  • the indentation preferably has a wedge shape.
  • the indentation has a cross section in the shape of a sector of a circle perpendicular to the pouring channel axis.
  • the pouring channel has a sector-shaped cross section perpendicular to the pouring channel axis, with the sector-shaped cross section of the pouring channel having an angle greater than 180°.
  • Such configurations of the indentation and the pouring channel in the shape of a sector of a circle are particularly easy to produce.
  • a mathematical description of the physical variables of the casting process is made possible due to the configuration of the indentation and the casting channel in the shape of a sector of a circle, so that an algorithm for evaluating the measurement results can be easily created.
  • a first transition and a second transition are formed between the indentation and an outer periphery of the pouring channel.
  • a first corner is formed by means of the first transition and a second corner is formed by means of the second transition, the second corner being arranged radially offset relative to the first corner.
  • the boundaries of the indentation as corner-shaped transitions, it is possible for the electrons to collect particularly strongly at the transitions, which further increases the accuracy of the speed measurement. Furthermore, the production of an associated contour of the pouring channel is possible in a simple and cost-effective manner.
  • the indentation is preferably delimited by the casting channel axis. Due to the delimitation of the indentation by the pouring channel axis, it is ensured that a sufficiently large pouring channel cross section is available for the casting material to flow through the pouring channel.
  • a current source by means of which the electrical signal can be applied to the transmission coil with a time-variable course, is preferably arranged outside the waveguide.
  • the power source By arranging the power source outside of the waveguide, the power source is well insulated from the melt. The power source is thus adequately protected from the high temperatures of the melt.
  • the first transmission coil and a second transmission coil are arranged in the waveguide.
  • the one, first electrical signal can be applied to the first transmission coil by means of the one, first current source.
  • a second electrical signal can be applied to the second transmission coil by means of a second current source.
  • the electric field generated can be influenced particularly well by means of two transmitting coils in such a way that a particularly precise measurement of the speed is made possible by means of the receiving coil.
  • Exact knowledge of the speed is necessary for comparison with simulations of the casting process.
  • Knowledge of speed is important in such simulations as well important for determining the viscosity of the melt.
  • a shear rate is first calculated from the rate, since the viscosity depends on the shear rate. Shear rate is defined as the difference in flow rate between two adjacent fluid layers.
  • a resistor is advantageously arranged between the first and the second transmission coil.
  • the first transmission coil and the second transmission coil are of identical design. Due to the resistance and the structurally identical design of the first transmission coil and the second transmission coil, it is possible to conduct a current of the same amount through the first transmission coil as through the second transmission coil. This leads to a simplification of the speed measurement. Furthermore, the electromagnetic fields generated by the first and the second transmission coil are very similar to one another.
  • An earth connection is advantageously arranged between the waveguide and a common potential of the first and second current sources.
  • a potential connection between the waveguide and the common potential of the first and the second current source is implemented in this way.
  • the two currents flowing through the first transmission coil and through the second transmission coil are even more closely matched in terms of magnitude.
  • interference currents are discharged by means of the earth connection, so that a measurement can be carried out without interference.
  • a first lead wire is located at the first corner and a second lead wire is located at the second corner.
  • a voltmeter is arranged between the first and the second tapping wire, a voltage present between the first and the second corner being measurable by means of the voltmeter.
  • the cast material is preferably a liquid metal, such as aluminum or tin, which has a lower melting point than steel, so that the risk of damage to the lead wires due to elevated temperature is minimized.
  • a DC voltage can preferably also be applied to the first and the second tapping wire, with a direct current flowing through the first and the second tapping wire being measured.
  • a measure of the mean temperature of the cast material can be determined from the measured direct current.
  • the viscosity of the melt depends in particular on the temperature of the melt. Measured values can now be generated for the temperature of the cast material, so that more precise results can be achieved with a numerical simulation of the hot, liquid cast material, or that the results of the numerical simulations show a higher degree of agreement with reality. Furthermore, a conductivity of the cast material is also temperature-dependent. By knowing the temperature of the casting material, it is also possible to determine the speed of the casting material more precisely, since this speed measurement depends on the conductivity of the casting material.
  • the first and the second tapping wire are advantageously connected to a filter, with a received signal measured by means of the first and the second tapping wire being filtered in the frequency range.
  • the voltage portion of the received signal and the current portion of the received signal can thus be evaluated separately, with the speed being able to be determined from the voltage portion and the temperature being able to be determined from the current portion of the received signal.
  • the temperature and speed measurements are also separated by the characteristics of the temporal signal forms as a trapezoidal voltage and as a direct voltage, with the trapezoidal voltage being used to determine the speed and the direct voltage to be used to determine the temperature.
  • an electric field sensor is arranged in the indentation, by means of which a static electric field strength can be measured.
  • Such an E-field sensor can be purchased as a finished component, which reduces the development effort for the entire measurement section.
  • the reduction in development effort also relates in particular to the creation of software for evaluating the measurement results.
  • a temperature sensor is advantageously also arranged in the indentation.
  • FIG. 1 shows a highly simplified representation of a casting mold arrangement with a transmission coil, a pouring channel and a waveguide
  • FIG. 2 shows a detailed perspective view of an embodiment of a measurement section with a transmission coil and two reception coils and with associated electronic components and a ground connection
  • FIG. 4 shows a schematic of an embodiment of a receiving means in a cross-sectional view of the pouring channel
  • FIG. 5 schematically shows a further embodiment of the receiving means in a cross-sectional representation of the pouring channel.
  • FIG. 1 also shows the Cartesian coordinate system with the coordinates x,y,z.
  • the z-axis is also called the pouring channel axis 24 .
  • the pouring channel 1 is a straight, sectorial cylinder with the pouring channel axis 24.
  • the pouring channel 1 has an indentation 26 , the indentation 26 extending spatially in the direction of the pouring channel axis 24 .
  • a first transition and a second transition are formed between the indentation 26 and an outer circumference of the pouring channel 1 .
  • a first corner 27 is formed by means of the first transition and a second corner 28 is formed by means of the second transition, the second corner 28 being arranged radially offset relative to the first corner 27 .
  • the corners 27, 28 are distinguished by the fact that they are sharp-edged. It would be conceivable to design the transitions between the indentation 26 and an outer circumference of the pouring channel 1 to be smooth, in particular by forming a radius.
  • the corners 27, 28 each form a straight line, with both straight lines running parallel to the casting channel axis 24.
  • the indentation 26 is characterized in that at least one straight line running through the indentation 26 and perpendicular to the pouring channel axis 24 exists, with this straight line running through the pouring channel on both sides of the indentation 26 .
  • the indentation 26 is delimited by the pouring channel axis 24 .
  • a larger or smaller extension of the indentation 26 in the direction of the casting channel axis 24 is conceivable. It is important that the flow resistance of the casting channel 1 leads to a good, in particular uniform, filling of the flea space with the casting material.
  • the indentation 26 has a cross section in the shape of a sector of a circle perpendicular to the pouring channel axis 24 .
  • the indentation 26 is thus wedge-shaped.
  • the pouring channel 1 has a sector-shaped cross section perpendicular to the pouring channel axis 24, the sector-shaped cross section of the pouring channel 1 having an angle greater than 180°.
  • the formation of other types of cross-sections of the indentation 26 and/or the pouring channel 1 is conceivable.
  • the pouring channel 1 is located in a waveguide 2, which is a straight, circular cylinder and consists of a highly electrically conductive material.
  • the space between the pouring channel 1 and the waveguide 2 is filled with an insulator 3 .
  • FIG. 2 shows, that two circular transmitter coils 4 and 5 are placed in the insulator 3 in such a way that they completely enclose the pouring channel 1 .
  • an electric current 6 flows in the two coils 4 and 5. This electric current 6 generates a characteristic electromagnetic field distribution in the insulator 3 and in the empty casting channel 1.
  • the electric current 6 for generating the field in the two transmission coils 4 and 5 has a time-varying profile T(t).
  • the current 6 results in a primary magnetic vector potential A 0 (t) in the insulator, which also has the same time profile T(t ).
  • a primary electric field strength E ß (t) is generated in the insulator 3 and the empty casting channel 1 as a result of the time profile T(t).
  • the primary field components are those which have the current 6 in the transmitter coils 4 and 5 as their source and form without the presence of the cast material.
  • Feature B Next, consider a plane 13 which is perpendicular to the casting channel axis 24 (z-axis) and has exactly the same distance 7 from the respective transmission coils 4, 5. Since a current of exactly the same magnitude flows in both transmitter coils 4 and 5, but the current 6 flowing in transmitter coil 4 has an opposite sense to the current 6 flowing in transmitter coil 5, the following applies to the primary magnetic vector potential in plane 13
  • a resistor R 0 8 together with a grounding connection 12 ensures that the same electrical potential 9 as that of the waveguide 2 can be found in the plane 13 . It is assumed that the two current sources 11 with their internal resistances R j 10 are structurally identical, so that the two transmission coils 4, 5 experience the same electrical potential in terms of magnitude, with the transmission coil 4 having a potential that is opposite in sign to the transmission coil 5.
  • Feature D The resistor R 0 8, the grounding connection 12, a point for forming the common potential 9 and the two current sources 11 with their internal resistances R t 10 are arranged outside of the waveguide 2, in particular fitted or fastened.
  • Fig. 3 is a time profile of T (t) 15 and its time derivative 17 shown.
  • the time axis is denoted by 14 .
  • the time profile of T(t) 15 has a bipolar trapezoidal shape, with no DC component occurring during a time period T P 18 .
  • bipolar means that there are positive and negative values during the time period T P 18 .
  • the measurements are carried out during a measurement time T measurement 16 .
  • the frequencies of the relevant signal components of T(t) 15 must always be smaller than the lowest limit frequency of the circular waveguide.
  • the charges 19, 20 collect in particular in the plane 13 at the corners 27, 28 of the indentation 26. Since the charge is conserved, the amount of the positive charge 19 is the same as the negative charge 20.
  • FIGS. 4 and 5 show two different embodiments of a receiving means designed as a measuring arrangement.
  • Feature F As shown in FIG. 4, the corners 27, 28 are electrically conductively connected to two pick-off wires 21, 22. A voltage can be measured between the corners 27 and 28 due to the charge separation. This voltage is conducted to the outside via the pick-off wires 21 , 22 . A voltmeter 23 is arranged between the pick-off wires 21 , 22 . The voltage is measured with the voltmeter. The voltage is directly dependent on the speed v z according to (1.1).
  • an E-field sensor 25 is arranged between the two charges 19, 20 in the indentation 26.
  • the electric field between the two charges 19, 20 can be measured by means of the E-field sensor 25.
  • the static electrical field strength can be measured using the E-field sensor 25 .
  • Some designs of the E-field sensor 25 are known.
  • the E-field sensor 25 is designed, for example, as an electric field meter, field meter, rotary voltmeter or field mill or also as a potential probe. Furthermore, the use of an electro-optical E-field probe is conceivable, as in the
  • Feature H A simultaneous temperature measurement is possible using the embodiment of the receiving means shown in FIG. 4 if a DC voltage is applied to the pick-off wires 21, 22. The resistance of the cast material can be measured using this DC voltage. This resistance of the casting material depends on the temperature of the casting material, so that, conversely, the temperature of the casting material can be determined by means of the measured resistance.
  • an additional temperature sensor is arranged in the bulge 26 . It is conceivable that the E-field sensor 25 and the temperature sensor are arranged in a common housing.
  • the E-field sensor 25 is at least partially arranged within the indentation 26 . Two opposing areas of the E-field sensor 25 are aligned with two opposing areas of the pouring channel 1 . In particular, the E-field sensor 25 is arranged between the two corners 27 , 28 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gussformanordnung mit einer Gussform und mit mindestens einer Messsektion, wobei die Gussform einen mit einem elektrisch leitfähigen Gießgut befüllbaren Hohlraum aufweist, wobei die mindestens eine Messsektion zumindest eine Sendespule und zumindest ein Empfangsmittel (21) aufweist, wobei die Sendespule und das Empfangsmittel (2) in einem Hohlleiter (2) angeordnet sind, wobei die Messsektion innerhalb der Gussform angeordnet ist und einen Gießkanal (1) umgreift, wobei ein elektrisches Signal mit zeitlich veränderlichem Verlauf an der Sendespule anlegbar ist, wobei durch die Sendespule ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld erzeugbar ist, wobei das von der Sendespule erzeugte und von dem Gießgut beeinflusste, elektromagnetische Feld von dem Empfangsmittel (21) empfangbar ist, wobei ein Maß für die Geschwindigkeit bei einer laminaren Strömung der Schmelze am Rand des Gießkanals (1) aus dem zumindest einen Empfangssignal bestimmbar ist. Die Geschwindigkeitsmessung wird verbessert, indem der Gießkanal (1) eine Einbuchtung (26) aufweist, wobei die Einbuchtung (26) eine räumliche Ausdehnung in Richtung einer Gießkanalachse (24) aufweist.

Description

Gussformanordnung
Die Erfindung betrifft eine Gussformanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 .
Aus der DE 10 2019 107 033 A1 sind zwei Gussformanordnungen bekannt. Eine erste Gussformanordnung weist eine Gussform und mindestens eine Messsektion auf. Die Gussform weist einen mit einem elektrisch leitfähigen Gießgut befüllbaren Hohlraum auf. Das Gießgut liegt zur Befüllung der Gussform in schmelzflüssiger Form vor und wird deswegen auch als Schmelze bezeichnet. Die mindestens eine Messsektion weist eine Sendespule und zwei als Empfangsspulen ausgebildete Empfangsmittel auf, wobei die Sendespule und die zwei Empfangsspulen in einem Hohlleiter angeordnet sind. Die beiden Empfangsspulen sind symmetrisch zur Sendespule angeordnet. Die Messsektion ist innerhalb der Gussform angeordnet und umgreift einen Gießkanal, der von dem Gießgut durchflossen wird. Es wird ein elektrisches Signal an der Sendespule angelegt, wobei eine Trägerfrequenz des elektrischen Signals unterhalb der kleinsten Grenzfrequenz des Hohlleiters liegt. Durch die Sendespule ist ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld erzeugbar, wobei das von der Sendespule erzeugte, und von dem Gießgut beeinflusste, elektromagnetische Feld von den beiden Empfangsspulen empfangen wird. Hierdurch ist ein Maß für die Geschwindigkeit bei einer laminaren Strömung des Gießgutes am Rand des Gießkanals bestimmbar. Das Maß wird durch eine Differenzbildung der Empfangssignale der Empfangsspulen gebildet.
Die DE 10 2019 107033 A1 zeigt ferner eine zweite Gussformanordnung mit einer Gussform und mit mindestens einer Messsektion. Die Gussform weist ebenfalls einen mit einem elektrisch leitfähigen Gießgut befüllbaren Hohlraum auf. Die mindestens eine Messsektion weist nun zwei Sendespulen und ein Empfangsmittel auf, welches als eine einzelne Empfangsspule ausgebildet ist, wobei die Sendespulen und die Empfangsspule in einem Hohlleiter angeordnet sind. Die beiden Sendespulen sind symmetrisch zur Empfangsspule angeordnet. Die Messsektion ist wiederum innerhalb der Gussform angeordnet und umgreift einen Gießkanal. Ein elektrisches Signal mit dem Strom + l<t> liegt an der einen Sendespule und ein elektrisches Signal mit dem Strom - IF liegt an der anderen Sendespule an. Eine gemeinsame Trägerfrequenz der elektrischen Signale liegt unterhalb der kleinsten Grenzfrequenz des Hohlleiters, wobei durch die Sendespulen ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld erzeugt wird, wobei das von den Sendespulen erzeugte, und von dem Gießgut beeinflusste, elektromagnetische Feld von der Empfangsspule empfangen wird, wobei ein Maß für die Geschwindigkeit bei einer laminaren Strömung der Schmelze am Rand des Gießkanals aus dem Empfangssignal der Empfangsspule bestimmt wird.
In der heutigen Produktion von Gussteilen aus Metallen wird beim Gießen auf einen zeitlich effizienten Gießprozess geachtet, wobei die Gießqualität gewährleistet werden muss. Es stehen moderne Simulationswerkzeuge für die numerische Simulation der Fließeigenschaften des heißen, flüssigen Gießgutes zur Verfügung, wobei eine Verifikation der Simulationsergebnisse mit dem realen Verhalten mittels der Geschwindigkeitsmessung des Gießgutes durchführbar ist.
Die Geschwindigkeitsmessung ist nur sehr aufwendig durchführbar, insbesondere sind zur Analyse der zeitlich veränderlichen Empfangssignale komplizierte Algorithmen notwendig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Gussformanordnung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine Geschwindigkeitsmessung verbessert wird.
Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nun zunächst durch eine erfindungsgemäße Gussformanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Das Grundprinzip der Erfindung liegt zunächst im Wesentlichen darin, dass der Gießkanal eine Einbuchtung aufweist, wobei die Einbuchtung eine räumliche Ausdehnung in Richtung der Gießkanalachse aufweist.
Durch die Einbuchtung wird das mittels der Sendespule erzeugte elektromagnetische Feld derart beeinflusst, dass sich die Elektronen insbesondere an den Begrenzungen der Einbuchtung sammeln. So ist eine besonders genaue Geschwindigkeitsmessung ermöglicht. Weiterhin kann die Einbuchtung zur Anordnung von Bauteilen, wie zum Beispiel zur Anordnung von Messsensoren dienen.
Die Einbuchtung weist vorzugsweise eine Keilform auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der Gussformanordnung weist die Einbuchtung einen kreissektorförmigen Querschnitt senkrecht zur Gießkanalachse auf.
Vorteilhafterweise weist der Gießkanal einen kreissektorförmigen Querschnitt senkrecht zur Gießkanalachse auf, wobei der kreissektorförmige Querschnitt des Gießkanals einen Winkel größer als 180° aufweist. Solche kreissektorförmigen Ausgestaltungen der Einbuchtung und des Gießkanals sind besonders einfach herstellbar. Weiterhin ist eine mathematische Beschreibung der physikalischen Größen des Gießvorgangs aufgrund der kreissektorförmigen Ausgestaltung der Einbuchtung und des Gießkanals ermöglicht, so dass ein Algorithmus zur Auswertung der Messergebnisse einfach erstellbar ist.
In einer Ausführungsform der Gussformanordnung sind zwischen der Einbuchtung und einem äußeren Umfang des Gießkanals ein erster Übergang und ein zweiter Übergang ausgebildet. Mittels des ersten Übergangs ist eine erste Ecke und mittels des zweiten Übergangs ist eine zweite Ecke ausgebildet, wobei die zweite Ecke radial versetzt zur ersten Ecke angeordnet ist.
Durch die Ausführung der Begrenzungen der Einbuchtung als eckenförmige Übergänge, ist eine besonders starke Ansammlung der Elektronen an den Übergängen ermöglicht, wodurch die Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessung weiter erhöht wird. Weiterhin ist die Herstellung einer zugehörigen Kontur des Gießkanals einfach und kostengünstig möglich.
Die Einbuchtung ist bevorzugterweise durch die Gießkanalachse begrenzt. Aufgrund der Begrenzung der Einbuchtung durch die Gießkanalachse, ist sichergestellt, dass ein ausreichend großer Gießkanalquerschnitt für die Durchströmung des Gießkanals mittels des Gießgutes zur Verfügung steht.
Eine Stromquelle, mittels welcher das elektrische Signal mit zeitlich veränderlichem Verlauf an der Sendespule anlegbar ist, ist bevorzugterweise außerhalb des Hohlleiters angeordnet. Durch die Anordnung der Stromquelle außerhalb des Hohlleiters ist die Stromquelle gegenüber der Schmelze gut isoliert. Die Stromquelle ist somit vor den hohen Temperaturen der Schmelze ausreichend gut geschützt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Gussformanordnung sind die eine, erste Sendespule und eine zweite Sendespule in dem Hohlleiter angeordnet. Das eine, erste elektrische Signal ist mittels der einen, ersten Stromquelle an der ersten Sendespule anlegbar. Ein zweites elektrisches Signal ist mittels einer zweiten Stromquelle an der zweiten Sendespule anlegbar.
Mittels zweier Sendespulen ist das erzeugte elektrische Feld besonders gut derart beeinflussbar, dass eine besonders genaue Messung der Geschwindigkeit mittels der Empfangsspule ermöglicht ist. Die genaue Kenntnis der Geschwindigkeit ist zum Abgleich mit Simulationen des Gießvorganges notwendig. Die Kenntnis der Geschwindigkeit ist in solchen Simulationen auch wichtig zur Bestimmung der Viskosität der Schmelze. Dazu wird aus der Geschwindigkeit zunächst eine Schergeschwindigkeit berechnet, da die Viskosität von der Schergeschwindigkeit anhängt. Die Schergeschwindigkeit ist als Differenz der Fließgeschwindigkeit zwischen zwei benachbarten Fluidschichten definiert.
Vorteilhafterweise ist ein Widerstand zwischen der ersten und der zweiten Sendespule angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der Gussformanordnung sind die erste Sendespule und die zweite Sendespule baugleich ausgeführt. Aufgrund des Widerstandes und der baugleichen Ausführung der ersten Sendespule und der zweite Sendespule ist es möglich, einen vom Betrag her gleichen Strom durch die erste Sendespule wie durch die zweite Sendespule hindurchzuleiten. Das führt zu einer Vereinfachung der Geschwindigkeitsmessung. Weiterhin sind die von der ersten und der zweiten Sendespule erzeugten elektromagnetischen Felder sehr ähnlich zueinander.
Eine Erdverbindung ist vorteilhafterweise zwischen dem Hohlleiter und einem gemeinsamen Potential der ersten und der zweiten Stromquelle angeordnet.
So ist eine Potentialanbindung zwischen dem Hohlleiter und dem gemeinsamen Potential der ersten und der zweiten Stromquelle umgesetzt. Es wird eine noch höhere betragsmäßige Übereinstimmung der beiden durch die erste Sendespule und durch die zweite Sendespule fließenden Ströme erreicht. Weiterhin werden mittels der Erdverbindung Störströme abgeleitet, so dass eine störungsfreie Durchführung einer Messung sichergestellt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Gussformanordnung ist an der ersten Ecke ein erster Abgreifdraht und an der zweiten Ecke ein zweiter Abgreifdraht angeordnet. Ein Voltmeter ist zwischen dem ersten und dem zweiten Abgreifdraht angeordnet, wobei mittels des Voltmeters eine zwischen der ersten und der zweiten Ecke anliegende Spannung messbar ist.
Solche Abgreifdrähte sind einfach an den Ecken zu montieren bzw. zu befestigen und sehr robust beim Einsatz in der Messsektion. Das Gießgut ist vorzugsweise ein flüssiges Metall, wie Aluminium oder Zinn, dessen Schmelzpunkt niedriger als Stahl ist, so dass die Gefahr der Beeinträchtigung der Abgreifdrähte aufgrund einer erhöhten Temperatur minimiert ist. Bevorzugt ist an dem ersten und dem zweiten Abgreifdraht zusätzlich eine Gleichspannung anlegbar, wobei ein durch den ersten und den zweiten Abgreifdraht fließender Gleichstrom gemessen wird. Aus dem gemessenen Gleichstrom ist ein Maß für eine mittlere Temperatur des Gießgutes bestimmbar.
Die Viskosität der Schmelze hängt neben dem Material insbesondere von der Temperatur der Schmelze ab. Für die Temperatur des Gießgutes sind nun Messwerte generierbar, so dass bei einer numerischen Simulationen des heißen, flüssigen Gießgutes genauere Ergebnisse erzielbar sind, bzw. dass die Ergebnisse der numerischen Simulationen eine höhere Übereinstimmung mit der Realität aufweisen. Weiterhin ist eine Leitfähigkeit des Gießgutes auch temperaturabhängig. Durch das Wissen um die Temperatur des Gießgutes ist somit auch eine genauere Bestimmung der Geschwindigkeit des Gießgutes möglich, da diese Geschwindigkeitsmessung von der Leitfähigkeit des Gießgutes abhängt.
Aufgrund der Messdaten können Simulationsergebnisse verifiziert und die Simulation gegebenenfalls angepasst werden. Somit ist im Testaufbau das optimale Auslegen der Gussform auf effizientes Gießen mit Vermeidung von Lunkern möglich. Schlussendlich werden mit optimierten Gussformen kostengünstige Gussteile produziert und die Ausschussrate minimiert.
Der erste und der zweite Abgreifdraht sind vorteilhafterweise mit einem Filter verbunden, wobei ein mittels des ersten und des zweiten Abgreifdrahtes gemessenes Empfangssignal im Frequenzbereich gefiltert wird. Der Spannungsanteil des Empfangssignals und der Stromanteil des Empfangssignals sind so getrennt auswertbar, wobei aus dem Spannungsanteil die Geschwindigkeit und aus dem Stromanteil des Empfangssignals die Temperatur bestimmbar ist. Die Trennung der Temperatur- und der Geschwindigkeitsmessung erfolgt auch über die Ausprägung der zeitlichen Signalformen als Trapezspannung und als Gleichspannung, wobei die Trapezspannung zur Bestimmung der Geschwindigkeit und die Gleichspannung zur Bestimmung der Temperatur dient.
Mittels ein und desselben Sensors, nämlich mittels der Abgreifdrähte können auf diese Weise zwei physikalische Größen, nämlich eben die Geschwindigkeit und die Temperatur des Gießgutes bestimmt werden. Der apparative Aufwand zur Bereitstellung der Messsektion ist somit verringert.
In einer weiteren Ausführungsform der Gussformanordnung ist in der Einbuchtung ein E-Feld- Sensor angeordnet, mittels welchem eine statische elektrische Feldstärke messbar ist. Ein solcher E-Feld-Sensor ist als fertiges Bauteil einkaufbar, wodurch sich der Entwicklungssaufwand für die gesamte Messsektion reduziert. Die Reduzierung des Entwicklungsaufwandes bezieht sich dabei insbesondere auch auf die Erstellung einer Software zur Auswertung der Messergebnisse.
Vorteilhafterweise ist in der Einbuchtung weiterhin ein Temperatursensor angeordnet.
Die oben genannten Vorteile eine Temperaturmessung gelten auch für einen separaten Temperatursensor. Ein solcher separater Temperatursensor kommt insbesondere zusammen mit dem E-Feld-Sensor zum Einsatz, da mit dem E-Feld-Sensor keine Temperatur des Gießgutes bestimmbar ist.
Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Erfindung auszugestalten und weiterzubilden. Es darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird nun eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig.1 in einer stark vereinfachten Darstellung eine Gussformanordnung mit einer Sendespule, einem Gießkanal und einem Hohlleiter,
Fig.2 in einer perspektivischen Detaildarstellung eine Ausgestaltung einer Messsektion mit einer Sendespule und zwei Empfangsspulen sowie mit zugehörigen Elektronikbauteilen und einer Erdverbindung,
Fig. 3in einem Diagramm ein zeitlicher Verlauf eines Stromes zur Felderzeugung und dessen Ableitung,
Fig. 4schematisch eine Ausführung eines Empfangsmittels in einer Querschnittsdarstellung des Gießkanals, und
Fig. 5schematisch eine weitere Ausführung des Empfangsmittels in einer Querschnittsdarstellung des Gießkanals.
Im Folgenden werden die Funktionsweise und die Merkmale anhand eines einfachen, in Fig.1 dargestellten Aufbaus näher erläutert. Es wird nun angenommen, dass ein Gießkanal 1 in zumindest einem Bereich einen sektoriellen Querschnitt aufweist und dieser mit dem Gießgut gefüllt ist. Somit eignet sich für die mathematische Beschreibung die Einführung von Zylinder koordinaten G, F, Z gemäss Fig. 1. Zum Vergleich ist in Fig. 1 auch das kartesische Koordinatensystem mit den Koordinaten x,y,z eingezeichnet. Weiter wird die z-Achse auch Gießkanal-Achse 24 genannt. Der Gießkanal 1 sei ein gerader, sektorieller Zylinder mit der Gießkanal-Achse 24.
Der Gießkanal 1 weist eine Einbuchtung 26 auf, wobei die Einbuchtung 26 eine räumliche Ausdehnung in Richtung der Gießkanalachse 24 aufweist. Zwischen der Einbuchtung 26 und einem äußeren Umfang des Gießkanals 1 sind ein erster Übergang und ein zweiter Übergang ausgebildet. Mittels des ersten Übergangs ist eine erste Ecke 27 und mittels des zweiten Übergangs ist eine zweite Ecke 28 ausgebildet, wobei die zweite Ecke 28 radial versetzt zur ersten Ecke 27 angeordnet ist. Die Ecken 27, 28 zeichnen dadurch aus, dass sie scharfkantig sind. Es wäre denkbar, die Übergänge zwischen der Einbuchtung 26 und einem äußeren Umfang des Gießkanals 1 fließend auszugestalten, insbesondere durch die Ausbildung eines Radius.
Die Ecken 27, 28 bilden jeweils eine Gerade, wobei beide Geraden parallel zur Gießkanalachse 24 verlaufen.
Die Einbuchtung 26 ist dadurch charakterisiert, dass zumindest eine durch die Einbuchtung 26 verlaufende, senkrecht zur Gießkanalachse 24 verlaufende Gerade existiert, wobei diese Gerade auf beiden Seiten der Einbuchtung 26 durch den Gießkanal verläuft.
Die Einbuchtung 26 ist durch die Gießkanalachse 24 begrenzt. Eine größere oder kleinere Erstreckung der Einbuchtung 26 in Richtung der Gießkanalachse 24 ist denkbar. Wichtig ist, dass der Strömungswiderstand des Gießkanals 1 zu einer guten, insbesondere gleichmäßigen Füllung des Flohlraumes mittels des Gießgutes führt.
Die Einbuchtung 26 weist einen kreissektorförmigen Querschnitt senkrecht zur Gießkanalachse 24 auf. Die Einbuchtung 26 ist somit keilförmig ausgebildet. Der Gießkanal 1 weist einen kreissektorförmigen Querschnitt senkrecht zur Gießkanalachse 24 auf, wobei der kreissektorförmige Querschnitt des Gießkanals 1 einen Winkel größer als 180° aufweist. Die Ausbildung andersartiger Querschnitte der Einbuchtung 26 und / oder des Gießkanals 1 sind denkbar. Der Gießkanal 1 befindet sich in einem Hohlleiter 2, welcher ein gerader, kreisrunder Zylinder ist und aus einem gut elektrisch leitenden Material besteht. Der Raum zwischen Gießkanal 1 und Hohlleiter 2 ist mit einem Isolator 3 gefüllt.
Nun wird vorausgesetzt, wie Fig. 2 zeigt, dass zwei kreisrunde Sendespulen 4 und 5 im Isolator 3 so platziert werden, dass diese den Gießkanal 1 vollständig umschliessen. Zudem fließt ein elektrischer Strom 6 in den beiden Spulen 4 und 5. Dieser elektrische Strom 6 erzeugt eine charakteristische elektromagnetische Feldverteilung im Isolator 3 und im leeren Gießkanal 1 .
Durch die elektrische Stromführung durch die beiden Sendespulen 4 und 5 ist der Betrag der Stromstärke in beiden Sendespulen 4 und 5 gleich gross, aber mit gegenläufiger Stromrichtung.
Merkmal A: Der elektrische Strom 6 zur Felderzeugung in den beiden Sendspulen 4 und 5 hat einen zeitlich veränderlichen Verlauf T(t ) . Der Strom 6 hat ein primäres magnetisches Vektorpotential A0(t) im Isolator zur Folge, welches auch denselben zeitlichen Verlauf T(t ) aufweist. Weiter wird durch den zeitlichen Verlauf T(t ) eine primäre elektrische Feldstärke Eß(t) im Isolator 3 und dem leeren Gießkanal 1 erzeugt.
Durch die kreisförmige elektrische Stromführung existiert im Hohlleiter 2 nur die F-Komponente des primären magnetischen Vektorpotentials Af 0 t, F, z, ί ) , wobei die F -Komponente idealerweise rotationssymmetrisch ist. Mit t wird die Zeit bezeichnet. Als primäre Feldanteile (Index 0) werden jene bezeichnet, welche als Quelle den Strom 6 in den Sendespulen 4 und 5 haben und sich ohne Anwesenheit des Gießgutes ausbilden.
Merkmal B: Weiter sei eine Ebene 13, welche senkrecht zur Gießkanal-Achse 24 (z-Achse) steht und exakt je denselben Abstand 7 zu den jeweiligen Sendespulen 4, 5 hat, gedacht. Da in beiden Sendespulen 4 und 5 ein Strom mit exakt demselben Betrag fließt, aber der in der Sendespule 4 fließende Strom 6 einen gegenläufigen Sinn im Gegensatz zu dem in der Sendespule 5 fließenden Strom 6 hat, gilt für das primäre magnetische Vektorpotential in der Ebene 13
A0 O(Ebene 13, t) = 0. Hingegen gilt aber in der Ebene 13: ί) 0 , wobei sich sogar ein Extrema in der Ebene 13 ausbildet.
Merkmal C: Ein Widerstand R0 8 sorgt zusammen mit einer Erdungsverbindung 12 dafür, dass in der Ebene 13 dasselbe elektrische Potential 9 wie jenes des Hohlleiters 2 zu finden ist. Dabei wird vorausgesetzt, dass die beiden Stromquellen 11 mit ihren Innenwiderständen Rj 10 baugleich sind, damit die beiden Sendespulen 4, 5 im Betrag dasselbe elektrische Potential erfahren, wobei die Sendespule 4 ein im Vorzeichen umgekehrtes Potential im Gegensatz zur Sendespule 5 aufweist.
Merkmal D: Der Widerstand R0 8, die Erdungsverbindung 12, ein Punkt zur Ausbildung des gemeinsamen Potentials 9 und die beiden Stromquellen 11 mit ihren Innenwiderstände Rt 10 sind ausserhalb des Hohlleiters 2 angeordnet, insbesondere angebracht bzw. befestigt.
In Fig. 3 ist ein zeitlicher Verlauf von T(t ) 15 und seine zeitliche Ableitung 17 gezeigt. Mit 14 ist die Zeitachse bezeichnet.
Merkmal E: Der zeitliche Verlauf von T(t) 15 weist eine bipolare Trapezform auf, wobei kein Gleichanteil während einer zeitlichen Periode TP 18 auftritt. Bipolar bedeutet hier, dass es positive und negative Werte während der zeitlichen Periode TP 18 gibt. Während einer Mess-Zeit TMess 16 werden die Messungen durchgeführt. Die Mess-Zeit TMess 16 ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Ableitung des zeitlichen Verlaufes während der Mess-Zeit TMess 16 keinen Beitrag liefert: = 0. Die Frequenzen der relevanten Signalanteile von T(t) 15 müssen immer kleiner als die kleinste Grenzfrequenz des kreisrunden Hohlleiters sein.
Aus dem Merkmal E ist ersichtlich, dass während der Mess-Zeit TMess 16 statische Bedingungen gelten. Mit dieser Maßnahme werden zwei Wirkungen erzielt:
• Durch die statische Messung während der Mess-Zeit TMess 16 können restliche Anteile der F-Komponente der primären elektrischen Feldstärke, herrührend vom magnetischen Vektorpotential unterdrückt werden. Diese werden ansonsten mitgemessen, wenn die Platzierung der Ebene 13 nicht exakt erfolgt ist. Somit hilft der zeitliche Verlauf von T(t) 15 den Messaufbau in Fig. 2 robuster zu machen. Das fließende Gießgut erfährt somit die F-Kompontente der elektrischen Feldstärke (1.1) in der Ebene 13:
Wobei mit ' die Feldgrössen im Inertialsystem, welches in Ruhe zum Gießgut steht, bezeichnet werden. Zudem ist E'f 0 direkt von der Geschwindigkeit vz abhängig. • Während der Mess-Zeit TMess 16 im eingeschwungenen Zustand sammeln sich elektri sche Ladungen 19, 20 an den Ecken 27,28 der Einbuchtung 26 des gefüllten Gießka nals 1 , wobei die Ladung 19 positiv und die Ladung 20 negativ ist. Die Ladungen 19, 20 sind mittels einer elektrostatischen Messanordnung detektierbar.
Die primäre elektrische Feldstärke E_'f 0 (1.1), gemessen im Inertialsystem in Ruhe zum Gießgut, ändert sich während der Mess-Zeit TMess 16 nicht, so dass eine statische Mess-Situation eintritt. Die Ladungen 19, 20 sammeln sich insbesondere in der Ebene 13 an den Ecken 27, 28 der Einbuchtung 26 an. Da eine Ladungserhaltung gilt, ist die positive Ladung 19 vom Betrag her gleich gross wie die negative Ladung 20.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsformen eines als Messanordnung ausgebildeten Empfangsmittels.
Merkmal F: Wie in der Fig. 4 gezeigt, sind die Ecken 27, 28 elektrisch leitend mit zwei Abgreifdrähten 21 , 22 verbunden. Zwischen den Ecken 27 und 28 ist durch die Ladungstrennung eine Spannung messbar. Diese Spannung wird über die Abgreifdrähte 21 , 22 nach außen geführt. Zwischen den Abgreifdrähten 21 , 22 ist ein Voltmeter 23 angeordnet. Mittels des Voltmeters wird die Spannung gemessen. Die Spannung ist von der Geschwindigkeit vz direkt gemäss (1.1) abhängig.
Durch den Polaritätswechsel des zeitlichen Verlaufs können Offsets-Spannungen und Rauschen durch einen Einsatz von Filtern unterdrückt werden, so dass eine Sensitivität der Messung gesteigert wird.
Merkmal G: Wie in der Fig. 5 gezeigt, ist ein E-Feld-Sensor 25 zwischen den beiden Ladungen 19, 20 in der Einbuchtung 26 angeordnet. Mittels des E-Feld-Sensors 25 ist das elektrische Feld zwischen den beiden Ladungen 19, 20 messbar. Dabei ist mittels des E-Feld-Sensors 25 die statische elektrische Feldstärke messbar. Es sind einige Bauformen des E-Feld-Sensors 25 bekannt. Der E-Feld-Sensor 25 ist z.B. als Elektrofeldmeter, Feldmeter, Rotationsvoltmeter bzw. Feldmühle oder auch als Potentialsonde ausgeführt. Weiterhin ist der Einsatz einer Elektro optischen E-Feld-Sonde denkbar, wie sie in der
(Proc. of the 15th Internat. Zürich Symp. on EMC, pp. 47 - 52, Feb. 2003. bzw. https://www.nari.ee.ethz.ch/wireless/pubs/files/EMC%20Zurich%2003.pdf) gezeigt ist. Merkmal H: Eine gleichzeitige Temperaturmessung ist mittels der in Fig. 4 gezeigten Ausführung des Empfangsmittels möglich, wenn eine Gleichspannung an die Abgreifdrähte 21 , 22 angelegt wird. Mittels dieser Gleichspannung ist ein Widerstand des Gießgutes messbar. Dieser Widerstand des Gießgutes ist von der Temperatur des Gießgutes abhängig, so dass im Umkehrschluss mittels des gemessenen Widerstandes die Temperatur des Gießgutes bestimmbar ist. Durch die Polaritätsänderung des zeitlichen Verlaufs T(t) 15 kann zwischen den beiden Signalanteilen, welche zum einen der Geschwindigkeitsmessung und zum anderen der Temperaturmessung dienen unterschieden werden. Gleichspannungs- und Gleichstrom-Offsets dienen der Temperaturmessung und haben keinen Einfluss auf die Geschwindigkeitsmessung, da die Geschwindigkeitsmessung mittels der alternierenden Signalanteile durchführbar ist.
Wenn in der in Fig. 5 gezeigten Ausführung zusätzlich die Temperatur des Gießgutes gemesse nen werden soll, ist ein zusätzlicher Temperatursensor in der Ausbuchtung 26 angeordnet. Es ist denkbar, dass der E-Feld-Sensor 25 und der Temperatursensor in einem gemeinsamen Ge häuse angeordnet sind.
Der E-Feld-Sensor 25 ist zumindest teilweise innerhalb der Einbuchtung 26 angeordnet. Zwei einander gegenüberliegende Bereiche des E-Feld-Sensors 25 sind auf zwei einander gegen überliegende Bereiche des Gießkanals 1 ausgerichtet. Insbesondere ist der E-Feld-Sensor 25 zwischen den beiden Ecken 27, 28 angeordnet.
Bezugszeichenliste : Gießkanal, gefüllt mit elektrisch leitendem Gießgut : Hohlleiter : Isolator : Sendespule : Sendespule : Strom : Abstand der Ebene 13 zu den Sendespulen 4 und 5 : Widerstand R0 außerhalb des Hohlleiters 2 : Erdung 0: Innenwiderstand Rt der Stromquelle 11 außerhalb des Hohlleiters 1 : Stromquelle außerhalb des Hohlleiters 2: Erdungsverbindung vom Hohlleiter zu einem Speisenetzwerk3: Ebene, senkrecht zu Gießkanal-Achse, z-Achse 24 4: Zeitachse t 5: Zeitlicher Verlauf: T(t) 6: Mess-Zeit TMess 7: Ableitung des zeitlichen Verlaufs: 8: zeitliche Periode TP 9: Positive Ladung 0: Negative Ladung 1 : Abgreifdraht für positive Ladung 2: Abgreifdraht für negative Ladung 3: Voltmeter 4: Gießkanal-Achse, z-Achse 5: E-Feld-Sensor 6: Einbuchtung 7: erste Ecke 8: zweite Ecke

Claims

Patentansprüche
1. Gussformanordnung mit einer Gussform und mit mindestens einer Messsektion, wobei die Gussform einen mit einem elektrisch leitfähigen Gießgut befüllbaren Hohlraum aufweist, wobei die mindestens eine Messsektion zumindest eine Sendespule (4) und zumindest ein Empfangsmittel (21 , 21 , 25) aufweist, wobei die Sendespule (4) und das Empfangsmittel (21 , 21 , 25) in einem Hohlleiter (2) angeordnet sind, wobei die Messsektion innerhalb der Gussform angeordnet ist und einen Gießkanal (1 ) umgreift, wobei ein elektrisches Signal mit zeitlich veränderlichem Verlauf an der Sendespule (4) anlegbar ist, wobei durch die Sendespule (4) ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld erzeugbar ist, wobei das von der Sendespule (4) erzeugte und von dem Gießgut beeinflusste, elektromagnetische Feld von dem Empfangsmittel (21 , 21 , 25) empfangbar ist, wobei ein Maß für die Geschwindigkeit bei einer laminaren Strömung der Schmelze am Rand des Gießkanals (1 ) aus dem zumindest einen Empfangssignal bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkanal (1 ) eine Einbuchtung (26) aufweist, wobei die Einbuchtung (26) eine räumliche Ausdehnung in Richtung einer Gießkanalachse (24) aufweist.
2. Gussformanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Einbuchtung (26) und einem äußeren Umfang des Gießkanals (1) ein erster Übergang und ein zweiter Übergang ausgebildet sind, wobei mittels des ersten Übergangs eine erste Ecke (27) und mittels des zweiten Übergangs eine zweite Ecke (28) ausgebildet ist, wobei die zweite Ecke (28) radial versetzt zur ersten Ecke (27) angeordnet ist.
3. Gussformanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtung (26) durch die Gießkanalachse (24) begrenzt ist.
4. Gussformanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtung (26) einen kreissektorförmigen Querschnitt senkrecht zur Gießkanalachse (24) aufweist.
5. Gussformanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkanal (1 ) einen kreissektorförmigen Querschnitt senkrecht zur Gießkanalachse (24) aufweist, wobei der kreissektorförmige Querschnitt des Gießkanals (1) einen Winkel größer als 180° aufweist.
6. Gussformanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal mit zeitlich veränderlichem Verlauf mittels einer außerhalb des Hohlleiters (2) angeordneten Stromquelle (11) an der Sendespule (4) anlegbar ist.
7. Gussformanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine, erste Sendespule (4) und eine zweite Sendespule (5) in dem Hohlleiter (2) angeordnet sind, wobei das eine, erste elektrische Signal mittels der einen, ersten Stromquelle (11) an der ersten Sendespule (4) anlegbar ist, wobei ein zweites elektrisches Signal mittels einer zweiten Stromquelle (11 ) an der zweiten Sendespule (5) anlegbar ist.
8. Gussformanordnung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstand (8) zwischen der ersten und der zweiten Sendespule (4, 5) angeordnet ist.
9. Gussformanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sendespule (4) und die zweite Sendespule (5) baugleich ausgeführt sind.
10. Gussformanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erdverbindung (12) zwischen dem Hohlleiter (2) und einem gemeinsamen Potential (9) der ersten und der zweiten Stromquelle (11) angeordnet ist.
11. Gussformanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Ecke (27) ein erster Abgreifdraht (21 ) und an der zweiten Ecke (28) ein zweiter Abgreifdraht (22) angeordnet ist, wobei ein Voltmeter (23) zwischen dem ersten und dem zweiten Abgreifdraht (21 , 22) angeordnet ist, wobei mittels des Voltmeters (23) eine zwischen der ersten und der zweiten Ecke (27, 28) anliegende Spannung messbar ist.
12. Gussformanordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten und dem zweiten Abgreifdraht (21 , 22) zusätzlich eine Gleichspannung anlegbar ist, wobei ein durch den ersten und den zweiten Abgreifdraht (21 , 22) fließender Gleichstrom gemessen wird und wobei ein Maß für eine mittlere Temperatur des Gießgutes aus dem gemessenen Gleichstrom bestimmbar ist.
13. Gussformanordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Abgreifdraht (21 , 22) mit einem Filter verbunden sind, wobei ein mittels des ersten und des zweiten Abgreifdrahtes (21 , 22) gemessenes Empfangssignal im Frequenzbereich gefiltert wird, so dass der Spannungsanteil des Empfangssignals zur Geschwindigkeitsbestimmung und der Stromanteil des Empfangssignals zur Temperaturbestimmung getrennt auswertbar sind.
14. Gussformanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einbuchtung (26) ein E-Feld-Sensor (25) angeordnet ist, mittels welchem eine statische elektrische Feldstärke messbar ist.
15. Gussformanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einbuchtung (26) ein Temperatursensor angeordnet ist.
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