EP4251346A1 - Verfahren zum befüllen einer gussformanordnung - Google Patents

Verfahren zum befüllen einer gussformanordnung

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Publication number
EP4251346A1
EP4251346A1 EP21819414.0A EP21819414A EP4251346A1 EP 4251346 A1 EP4251346 A1 EP 4251346A1 EP 21819414 A EP21819414 A EP 21819414A EP 4251346 A1 EP4251346 A1 EP 4251346A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
casting
waveguide
transmitter
current
Prior art date
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Pending
Application number
EP21819414.0A
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 EP4251346A1 publication Critical patent/EP4251346A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
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Definitions

  • the invention relates to a method for filling a mold assembly having the features of the preamble of patent claim 1.
  • the 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 transmission coil and two reception coils, with the transmission coil and the two reception 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 is 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 subtracting the received signals from the receiving coils.
  • DE 10 2019 107 033 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 one reception coil, the transmission coils and the reception 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 -l ⁇ t> 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.
  • a problem with casting is that the flow behavior of the melt cannot be well controlled. In today's production of metal castings, attention is paid to a time-efficient casting process, whereby the casting quality must be guaranteed.
  • modern simulation tools are available for the numerical simulation of the flow properties of the hot, liquid cast material, a verification of the simulation results with the real behavior causes problems due to the variable, not exactly determinable viscosity of the melt.
  • the invention is therefore based on the object of further improving the control options for the flow behavior of the cast material.
  • the basic principle of the invention is that a DC voltage is additionally applied to the receiving coil, with the receiving coil having a temperature-dependent receiving coil resistance, with the direct current being measured by the receiving coil, and with the measured direct current being used as a measure of a surface temperature of the cast material is determined.
  • 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 by means of the numerical simulations of the hot, liquid cast material, or that the results of the numerical simulations are more in line 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.
  • a signal measured by the receiving coil is filtered in the frequency range, so that the voltage portion of the signal for determining the speed and the current portion of the signal for determining the temperature are evaluated separately.
  • two physical quantities namely the speed and the temperature of the cast material, can be determined in this way.
  • the outlay on equipment for providing the measuring section is thus reduced.
  • the electrical signal with a time-variable course is applied to the transmission coil by means of a current source arranged outside of 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 one, first transmission coil and one second transmission coil are arranged in the waveguide, with the one, first electrical signal being applied to the first transmission coil by means of the one, first current source, with a second electrical signal being generated by means of a second current source is applied to the second transmission coil.
  • 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 velocity is also important in the simulation for determining the viscosity. To do this, 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 preferably arranged between the first and the second transmission coil.
  • a current of the same magnitude as that flowing through the second transmitting coil preferably flows through the first transmitting coil.
  • the resistor it is possible to conduct a current of the same magnitude through the first transmitting coil as through the second transmitting coil.
  • the first and the second current source are brought to a defined reference potential by means of a ground connection arranged between the waveguide and a common potential.
  • FIG. 1 shows a highly simplified representation of a casting mold arrangement with a transmission coil, a pouring channel and a waveguide
  • FIG. 2a shows, in a longitudinal section, a measuring section with a transmitting coil and two receiving coils, which surround a pouring channel
  • Fig. 2b shows the measuring section from Fig. 2a in a side view
  • FIG. 5 shows a further measurement section with a transmission coil and two reception coils in a longitudinal section, with a waveguide having an optimized shape
  • FIG 6 shows an embodiment of a comparator with a transmitting coil and two receiving coils in a perspective detail view
  • FIG 7 shows a further embodiment of a measuring section with a transmitting coil and two receiving coils as well as with associated electronic components and a ground connection in a perspective detail view.
  • the z-axis is also called the pouring channel axis 24 .
  • the casting channel 1 is a straight, circular cylinder with the casting channel axis 24.
  • the casting channel 1 is located in a waveguide 2, which is also a straight, circular cylinder and is made of a material with good electrical conductivity, e.g. steel.
  • the space between the pouring channel 1 and the waveguide 2 is filled with an insulator 6 .
  • a circular transmitter coil 3 is placed in the insulator 6 in such a way that this transmitter coil 3 completely encloses the casting channel 1 .
  • an electric current is impressed into this transmission coil 3 .
  • This electric current generates a characteristic electromagnetic field distribution in the insulator 6 and in the empty pouring channel 1.
  • the transmitting coil 3 is made of steel or copper, for example.
  • a rotationally symmetrical field distribution can be expected as a result of the electric current being conducted in the transmitting coil 3 on a circle centered on the casting channel axis 24 and in a plane parallel to the x, y plane. Furthermore, the impressed electric current should experience a temporal change in its strength and direction. A harmonic progression over time should preferably be assumed.
  • the electric current for field generation in the transmission coil 3 has a time-varying profile. This results in an electric field distribution, which is to be detected, from the magnetic field distribution.
  • the electromagnetic quantities are introduced as complex quantities with real and imaginary parts.
  • the designations are underlined.
  • the impressed electric current should experience a circular frequency w.
  • the F component of the electric field strength E f 0 (t, F, z) is expressed according to (1.1).
  • a primary magnetic induction ß 0 (t, F, z, ⁇ ) is named with (1.2), where the magnetic induction is given here as a vector:
  • the flow rate v 17 of the casting material at the edge of the pouring channel 1 is measured with laminar flow. Based on the knowledge of the flow velocity 17 at the edge, conclusions can be drawn about the velocity distribution inside the cast material.
  • a characteristic, desired electromagnetic field distribution is thus generated in the flea conductor 2 and no wave propagation can take place. This also contributes to the insensitivity to external interference signals and to the reduction of the interference potential.
  • the cast material has an electric current density ]' relative to the cast material.
  • This electric current density ]' generally in turn generates a magnetic vector potential outside the cast material.
  • the cast material is a good electrical conductor, so that the electric current density ]' is mainly found on the surface of the cast material.
  • the field sizes in the inertial system, which is at rest with respect to the cast material, are denoted by '.
  • the waveguide 2 and the insulator 6 two field components are present in the inverse transformation (1.11).
  • the primary field E_ f0 (index 0) is generated by the impressed circular current in the transmitter coil 3, with the cast material not being present, ie the field distribution is undisturbed.
  • the secondary field (index S) is generated by the presence of the cast material and is necessary so that the boundary conditions in the waveguide 2 can be met. As can be seen, the sum of the two field components, primary and secondary (1.12), is measured in the inertial system at rest with the transmitter coil 3.
  • FIG. 3 a signal component is plotted against the pouring channel axis 24 in a diagram. From Equation (1.10) together with Fig. 3 it can be seen that the F component of the total electric field strength £ f /') measured at rest to the cast material, to the location of the transmitter coil
  • the optimal measurement location for maximum speed-dependent measured variables is directly on the surface of the casting and at the maximum of 20 and at the minimum of 21 in Figure 3.
  • Fig. 2a and Fig. 2b is now a measuring section with a cylindrical pouring channel 1, a waveguide 2 in the form of a measuring housing, a transmitter coil 3 and two receiver coils 4, 5 Darge provides.
  • the measuring housing can be made of steel and is filled with an insulator 6 up to the pouring channel 1.
  • a ceramic or cast sand can serve as the insulator 6 .
  • the reception coils 4 , 5 are arranged parallel and symmetrically to the transmission coil 3 .
  • a liquid, hot and electrically conductive medium flows through the pouring channel 1 .
  • the primary media to be mentioned are aluminium, cast iron and steel.
  • the pouring channel 1 is incorporated into an insulator 6 and is delimited by the insulator 6 .
  • the insulator 6 consists of a heat-resistant material such as ceramic or cast sand.
  • the waveguide 2 is also made of heat-resistant material.
  • the chill is made of steel.
  • the waveguide 2 can also be made of steel.
  • this waveguide 2 must also be made of a material with good electrical conductivity.
  • the insulator 6 must not have any electrical conductivity.
  • Three coils 3, 4 and 5, namely a transmitting coil 3 and two receiving coils 4 and 5, are positioned in the insulator 6 close to the pouring channel 1 and enclose it as a loop, preferably with one turn.
  • the transmitting coil 3 is enclosed by a receiving coil 4, 5 on the left and right.
  • a time-varying electric current with a specially selected frequency is impressed into the transmitting coil 3 .
  • the frequency is chosen so that it is lower than the lowest limit frequency of the lowest waveguide mode.
  • the electromagnetic field cannot propagate as a wave in the waveguide 2 and thus, depending on the length of the waveguide, practically no electromagnetic energy leaves the measuring section. This ensures that no faults can occur in neighboring electrical systems. Furthermore, resistance to external interference is guaranteed below the lowest limit frequency. Above the lowest cut-off frequency, bandpass filters 10 block the interference signal.
  • a characteristic electromagnetic field distribution in the waveguide 2 is generated by the choice of frequency and the shape of the coils.
  • the transmission coil 3 is connected to a signal generator 12 by a signal line 13 .
  • a signal generation is also referred to as a current source in this document.
  • the two receiving coils 4 and 5 are identical in construction and have the same distance 7 to the transmitting coil 3. Each receiving coil 4 and 5 receives a change in the electrical field strength in the waveguide 2 due to the presence of the hot, liquid and electrically conductive casting material.
  • a received signal 8, 9 consists of a symmetrical and a speed-dependent asymmetrical component 23.
  • the symmetrical component is symmetrical (even) with respect to the position of the transmitter coil 3 on the casting channel axis 24.
  • the asymmetrical component 23 is odd, as shown in FIG .
  • the reception path of the reception coil 5 is equipped with an adjustment element 11 so that the difference signal from a comparator 14 or difference network 14 becomes zero during the calibration.
  • the calibration takes place without the presence of the cast material.
  • the matching element 11 amplifies or attenuates a received signal 9 of the receiving coil 5 during calibration in such a way that the difference signal at the difference network 14 becomes zero.
  • the difference is formed from the two received signals 8, 9 of the receiving coils 4 and 5 with the aid of the comparator or difference network 14.
  • the difference signal thus contains only the asymmetrical component 23 and the speed 17 is measured with a measuring device 16 for determining the speed.
  • the two received signals 8, 9 are used with a correlator 15 to detect turbulent flow.
  • turbulent flow an additional noise signal is to be expected. This noise is caused by entrained air bubbles and by a rapid change in the flow rate 17 over time.
  • the correlator 15 compares the two received signals 8, 9 by means of cross-correlation and thus measures the noise behavior and any movement speed of the air bubbles.
  • Two receiving coils 4 and 5 must be placed symmetrically to the transmitting coil 3 so that each of the receiving coils 4 and 5 records the same value for the symmetrical component.
  • the asymmetrical, speed-dependent component is measured by forming the difference between the two received signals 8, 9 (cf. FIG. 2 and FIG. 3).
  • the radii of the receiving coils 4 and 5 are ideally of the same size and the same size as the radius of the pouring channel 1 . In practice, the radii of the receiving coils 4 and 5 are a little larger, so that insulation between the casting and the receiving coils 4 and 5 can be achieved, ie the radii of the receiving coils 4 and 5 are chosen so that the Receiver coils 4 and 5 are positioned as close as possible to casting channel 1 without touching the casting material.
  • the receiving coils 4, 5 and the transmitting coil 3 are coils with one turn each. This simplifies the construction.
  • the symmetrical component is compensated for via the difference network value 14, with calibration using the adjustment element 11 taking place before the casting material is poured, i.e. when the pouring channel 1 is empty, with the difference signal, which the measuring device 16 measures, becoming zero.
  • a turbulent flow can be detected with the correlator 15 .
  • the correlator 15 by means of cross-correlation of the two received signals 8, 9, a rapidly changing flow rate over time, the occurrence of air bubbles, and the speed of the air bubbles are detected.
  • the distance 7 is chosen so that the receiving coil 4 comes to rest at the point of the maximum of the signal curve 20 and the receiving coil 5 at the point of the minimum of the signal curve 21 .
  • the location of the transmitter coil 3 is at the zero crossing 22.
  • FIG. 4 shows a variant with two transmitting coils 26, 27 and with a receiving coil 28 each at a distance 30 from one another, with the receiving coil 28 receiving a received signal 31.
  • the receiving coil 28 is arranged exactly in the middle of the distance between the two transmitting coils 26, 27.
  • the two transmission coils 26, 27 are subjected to opposite current intensities +IF and ⁇ IF , the amounts being exactly the same :
  • ⁇ - I f ⁇ .
  • the symmetrical component is ideally eliminated or at least weakened to such an extent that it is possible to measure the asymmetrical, speed-dependent component without forming a difference. This can be seen from equations (1.13) and (1.14).
  • the current sources of the transmission coils 26, 27 are not shown in FIG.
  • the waveguide 2 in the form of the measuring housing is configured rotationally symmetrical to the casting channel axis 24 in FIGS. 2 and 4 and the plane of the respective central coil, namely the transmitting coil 3 or the receiving coil 28, also serves as a plane of symmetry.
  • the waveguide 2 has a region with a constant outer diameter and is therefore at least partially cylindrical.
  • FIG. 6 shows a preferred embodiment of the comparator 14 and has a transmission coil
  • reception coil 3 as a one-turn coil.
  • the two reception coils 4 and 5 are now combined to form a reception coil arrangement 34, so that, for example, the reception coil
  • the reception coils 4 and 5 are connected with a return bend 33. Care should be taken to ensure a symmetrical structure with the transmission coil 3 between the two reception coils 4 and 5.
  • the feed wires of the receiving coil arrangement 34 are also to be designed symmetrically with respect to the passage through the reversing bend 33. Furthermore, the distance 7 should be maintained.
  • the advantage of the arrangement in FIG. 6 is that it is significantly easier to achieve the smallest possible differential signal for suppressing the DC component, since the structure is mechanically easy to implement and the structure is more robust to differences in the two receiving channels.
  • FIG. 7 A further embodiment is shown in FIG. 7, the pouring channel 1 not being shown.
  • This design is preferable when the electrical scalar potential cannot be neglected.
  • a ground connection 35 between the waveguide 2 and a common potential 39 brings two current sources 37 to a defined reference potential. With two internal resistances Ri 38, the current sources 37 are mapped as real current sources.
  • Two transmission coils 40 and 41 are connected to one another via a resistor R 0 36, so that a current 43 of the same magnitude flows through the two transmission coils 40 and 41.
  • the symmetrical component is zero.
  • the electrical scalar potential is also the same as that of the waveguide 2.
  • All current sources 37, internal resistances 38 and the resistor 36 are arranged outside of the waveguide 2.
  • the receiving coil 4, 5, 28 or 42 Since the receiving coil 4, 5, 28 or 42 comes to lie close to the cast material, the receiving coil 4, 5, 28 or 42 heats up as a result of heat transport. If a DC voltage is applied to the terminals of the receiver coil 4, 5, 28 or 42 and the direct current or DC current is measured, the temperature of the receiver coil 4, 5, 28 or 42, namely the receiving coil temperature can be measured. The surface temperature of the cast material can be deduced from the receiving coil temperature. This is possible using common formulas for heat transport with associated material constants. Since the frequency is / 0 [Hz], the two signals, namely the voltage for the speed measurement and the direct current for the temperature measurement, can be recorded and evaluated simultaneously by filtering in the frequency range.
  • the receiving coil 4, 5, 28 or 42 heats up as a result of heat transport.
  • the receiving coil temperature and also the temperature of the cast material on the surface of the cast material can be determined.
  • the conductivity of the casting material also depends on the temperature. Therefore, a combined measurement of the speed and temperature of the cast material is advantageous.

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Abstract

Verfahren zum Befüllen einer Gussformanordnung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen einer Gussformanordnung mit einer Gussform und mit mindestens einer Messsektion, wobei die Gussform einen Hohlraum aufweist, wobei der Hohlraum mit einem elektrisch leitfähigen Gießgut befüllt wird, wobei die mindestens eine Messsektion zumindest eine Sendespule (40, 41) und zumindest eine Empfangsspule (42) aufweist, wobei die Sendespule (40, 41) und die Empfangsspule (42) in einem Hohlleiter (2) angeordnet sind, wobei die Messsektion innerhalb der Gussform angeordnet ist und einen Gießkanal umgreift, wobei ein elektrisches Signal mit zeitlich veränderlichem Verlauf an der Sendespule (40, 41) angelegt wird, wobei durch die Sendespule (40, 41) ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld erzeugt wird, wobei das von der Sendespule (40, 41) erzeugte und von dem Gießgut beeinflusste, elektromagnetische Feld von der Empfangsspule (42) empfangen wird, wobei ein Maß für eine Geschwindigkeit bei einer laminaren Strömung des Gießgutes am Rand des Gießkanals aus zumindest einen Empfangssignal der zumindest einen Empfangsspule (42) bestimmt wird. In einer numerischen Simulation des heißen, flüssigen Gießgutes sind genauere Ergebnisse erzielbar, indem an der Empfangsspule (42) zusätzlich eine Gleichspannung angelegt wird, wobei die Empfangsspule (42) einen temperaturabhängigen Empfangsspulenwiderstand aufweist, wobei der Gleichstrom durch die Empfangsspule (42) gemessen wird, und wobei aus dem gemessenen Gleichstrom ein Maß für eine Oberflächentemperatur des Gießgutes bestimmt wird.

Description

Verfahren zum Befüllen einer Gussformanordnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen einer Gussformanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Ein solches Verfahren zum Befüllen einer Gussformanordnung ist z.B. aus der DE 10 2019 107 033 A1 bekannt. Hierbei werden zwei Gussformanordnungen und zugehörige Verfahren beschrieben. Die 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 Empfangsspulen 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 wird ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld erzeugt, 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 Differenzbildung der Empfangssignale der Empfangsspulen gebildet. Die DE 10 2019 107 033 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 eine Empfangsspule auf, 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 - l<t> 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. Ein Problem beim Gießen besteht darin, dass das Fließverhalten der Schmelze nicht gut kontrolliert werden kann. 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 zwar moderne Simulationswerkzeuge für die numerische Simulation der Fließeigenschaften des heißen, flüssigen Gießgutes zur Verfügung, aber eine Verifikation der Simulationsergebnisse mit dem realen Verhalten bereitet aufgrund der veränderlichen, nicht genau bestimmbaren Viskosität der Schmelze Probleme.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kontrollmöglichkeiten des Fließverhaltens des Gießgutes weiter zu verbessern.
Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nun zunächst durch ein Verfahren zum Befüllen einer Gussformanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Das Grundprinzip der Erfindung liegt zunächst im Wesentlichen darin, dass an der Empfangsspule zusätzlich eine Gleichspannung angelegt wird, wobei die Empfangsspule einen temperaturabhängigen Empfangsspulen-Widerstand aufweist, wobei der Gleichstrom durch die Empfangsspule gemessen wird, und wobei aus dem gemessenen Gleichstrom ein Maß für eine Oberflächentemperatur des Gießgutes bestimmt wird.
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 mittels der 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 dieser 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. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein von der Empfangsspule gemessenes Signal im Frequenzbereich gefiltert, so dass der Spannungsanteil des Signals zur Geschwindigkeitsbestimmung und der Stromanteil des Signals zur Temperaturbestimmung getrennt ausgewertet werden.
Mittels ein und desselben Sensors, nämlich der Empfangsspule 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.
Vorteilhafterweise wird das elektrische Signal mit zeitlich veränderlichem Verlauf mittels einer außerhalb des Hohlleiters angeordneten Stromquelle an der Sendespule angelegt.
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 des Verfahrens sind die eine, erste Sendespule und eine zweite Sendespule in dem Hohlleiter angeordnet, wobei das eine, erstes elektrische Signal mittels der einen, ersten Stromquelle an der ersten Sendespule angelegt wird, wobei ein zweites elektrisches Signal mittels einer zweiten Stromquelle an der zweiten Sendespule angelegt wird.
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 in der Simulation auch wichtig zur Bestimmung der Viskosität. 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.
Bevorzugterweise ist ein Widerstand zwischen der ersten und der zweiten Sendespule angeordnet.
Durch die erste Sendespule fließt bevorzugt ein vom Betrag her gleicher Strom wie durch die zweite Sendespule hindurch. Insbesondere mittels des Widerstandes es möglich, einen vom Betrag her gleichen Strom durch die erste Sendespule wie durch die zweite Sendespule hindurchzuleiten.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die erste und die zweite Stromquelle mittels einer, zwischen dem Hohlleiter und einem gemeinsamen Potential angeordneten Erdverbindung auf ein definiertes Bezugspotential gebracht.
So 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 des Verfahrens sichergestellt 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. 2a in einer längsgeschnittenen Darstellung eine Messsektionen mit einer Sendespule und zwei Empfangsspulen, die einen Gießkanal umgreifen,
Fig. 2b in einer Seitenansicht die Messsektion aus Fig. 2a,
Fig. 3 in einem Diagramm ein Signalanteil aufgetragen über einer Gießkanalachse,
Fig. 4 in einer längsgeschnittenen Darstellung eine weitere Messsektionen mit zwei Sendespulen und einer Empfangsspule,
Fig. 5 in einer längsgeschnittenen Darstellung eine weitere Messsektionen mit einer Sendespule und zwei Empfangsspulen, wobei ein Hohlleiter eine optimierte Form aufweist,
Fig. 6 in einer perspektivischen Detaildarstellung eine Ausgestaltung eines Komparators mit einer Sendespule und zwei Empfangsspulen, und Fig. 7 in einer perspektivischen Detaildarstellung eine weitere Ausgestaltung einer Messsektion mit einer Sendespule und zwei Empfangsspulen sowie mit zugehörigen Elektronikbauteilen und einer Erdverbindung.
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 einen kreisrunden Querschnitt aufweist und dieser mit einem Gießgut gefüllt ist. Somit eignet sich für die mathematische Beschreibung die Einführung von Zylinder-koordinaten r, <P,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, kreisrunder Zylinder mit der Gießkanal-Achse 24. Der Gießkanal 1 befindet sich in einem Hohlleiter 2, welcher auch ein gerader, kreisrunder Zylinder ist und aus einem gut elektrisch leitenden Material z.B. Stahl besteht. Der Raum zwischen dem Gießkanal 1 und dem Hohlleiter 2 ist mit einem Isolator 6 gefüllt.
Nun wird angenommen, dass eine kreisrunde Sendespule 3 im Isolator 6 so platziert wird, dass diese Sendespule 3 den Gießkanal 1 vollständig umschliesst. Zudem wird ein elektrischer Strom in diese Sendespule 3 eingeprägt. Dieser elektrische Strom erzeugt eine charakteristische elektromagnetische Feldverteilung im Isolator 6 und im leeren Gießkanal 1. Die Sendespule 3 weist z.B. Stahl oder Kupfer auf.
Durch die elektrische Stromführung in der Sendespule 3 auf einem Kreis mit Mittelpunkt auf der Gießkanal-Achse 24 und in einer Ebene parallel zur x, y-Ebene ist mit einer rotationssymmetrischen Feldverteilung zu rechnen. Weiter soll der eingeprägte elektrische Strom eine zeitliche Veränderung in seiner Stärke und Richtung erfahren. Bevorzugt soll ein zeitlicher harmonischer Verlauf vorausgesetzt werden.
Der elektrische Strom zur Felderzeugung in der Sendspule 3 hat einen zeitlich veränderlichen Verlauf. Dadurch erfolgt aus der magnetischen Feldverteilung eine elektrische Feldverteilung, welche zu detektieren ist.
Durch die kreisförmige elektrische Stromführung und durch die Induktion existiert im Hohlleiter 2 nur die F -Komponente einer primären elektrischen Feldstärke E_f 0(t, F,z, ί ) , welche idealerweise rotationssymmetrisch ist, wobei mit t die Zeit bezeichnet wird. Als primäre Feldanteile werden jene bezeichnet, welche als Quelle den Strom in der Sendespule 3 haben und welche ohne Anwesenheit des Gießgutes entstehen. Primäre Feldanteile werden mit dem Index 0 gekennzeichnet. Ein vorhandenes elektrisches Skalarpotential trägt keinen Beitrag zur F- Komponente der elektrischen Feldstärke bei.
Für die mathematische Betrachtung werden die elektromagnetischen Größen als komplexe Größen mit Real- und Imaginärteil eingeführt. Dazu sind die Bezeichnungen unterstrichen. Weiter soll der eingeprägte elektrische Strom eine Kreisfrequenz w erfahren. Somit wird die F - Komponente der elektrischen Feldstärke Ef 0(t, F, z) gemäss (1.1 ) ausgedrückt.
Ef, o (T, F, z, t) = Ef 0 (r, F, z) · bί w ί (1.1)
Weiter ist eine primäre magnetische Induktion ß0 (t, F, z, ί) mit (1.2) genannt, wobei hier die magnetische Induktion als Vektor angegeben wird:
Wird nun der Gießkanal 1 von einem gut elektrisch leitenden, flüssigen Material, wie Aluminium, Kupfer, Gold, Stahl oder Gusseisen durchflossen, verändert sich die elektrische Feldstärkeverteilung im Isolator 6. Massgebend für die Messung ist eine Fließgeschwindigkeit v 17 des Gießgutes am Rand des Gießkanals 1. Mit der Bezeichnung elektrisch leitend soll eine endliche Leitfähigkeit gemeint sein.
Ausgeschlossen ist ein idealer elektrischer Leiter mit unendlicher Leitfähigkeit. Aufgrund der Kenntnis der Fließgeschwindigkeit v 17 des Gießgutes am Rand des Gießkanals 1 kann auf die Geschwindigkeitsverteilung im Innern des Gießgutes bei laminarer Strömung geschlossen werden.
Es wird die Fließgeschwindigkeit v 17 des Gießgutes am Rand des Gießkanals 1 bei laminarer Strömung gemessen. Aufgrund der Kenntnis von der Fließgeschwindigkeit 17 am Rand kann auf die Geschwindigkeitsverteilung im Innern des Gießgutes geschlossen werden.
Das Gießgut erfährt beim Durchfließen der elektrischen Feldverteilung der F -Komponente E_f (t, F, z ) folgende elektrische Feldstärke (1.3) in Vektorschreibweise. Wobei der ' jene Größen bezeichnet, welche in einem ruhenden Inertialsystem relativ zum Gießgut gemessen werden. Der zweite Term, der sogenannte Lorenz-Term beinhaltet somit die Geschwindigkeit und wird für die Fließgeschwindigkeitsmessung genutzt. Da |v| « Vakuum - Lichtgeschwindigkeit c ist, können alle relativistische Effekte vernachlässigt werden.
Die Frequenz / der Kreisfrequenz w = 2 p f soll so gewählt werden, dass diese kleiner als die kleinste Grenzfrequenz des niedrigsten Flohlleitermodes ist.
Damit wird eine charakteristische, gewünschte elektromagnetische Feldverteilung im Flohleiter 2 erzeugt und es kann keine Wellenausbreitung stattfinden. Dies trägt zudem zur Unempfindlichkeit gegenüber äusseren Störsignalen und zur Reduzierung des Störpotentials bei.
Da ein zeitlich veränderlicher elektrischer Strom in die Sendespule 3 eingeprägt wird, kann die primäre magnetische Induktion gemäß dem Induktions-Gesetz (1.4) der Maxwell-Gleichungen ausgedrückt werden: n c Eb(t, F, z, t) = - ^Bbίc, F, z, t) (1.4)
In Zylinderkoordinaten ausgedrückt (1.5):
Und in Komponenten-Schreibweise geschrieben (1.7) und (1.8) Wird nun weiter eine laminare Strömung vorausgesetzt, kann die Fließgeschwindigkeit v 17 mit (1 .9) angegeben werden, wobei die r-Komponente auf 0 gesetzt wird.
Ist nun das Gießgut im Gießkanal 1 vorhanden und fließt mit der Fließgeschwindigkeit v 17 relativ zur ruhenden Sendespule 3, so kann für die elektrische Feldstärke des Primärfeldes folgende Beziehung nach Gleichung (1 .10) gefunden werden. Diese elektrische Feldstärke erzeugt im
Gießgut eine elektrische Stromdichte ]' relativ zum Gießgut.
Diese elektrische Stromdichte ]' erzeugt allgemein wiederum ein magnetisches Vektorpotential ausserhalb des Gießgutes. Nun ist das Gießgut ein guter elektrischer Leiter, so dass die elektrische Stromdichte ]' vor allem auf der Oberfläche des Gießgutes zu finden ist.
Bezüglich der Sendespule 3 und dem Hohlleiter 2 wird im Allgemeinen ein Sekundärfeld mit einer elektrischen Feldstärke, welche durch die elektrische Stromdichte ]' erzeugt wird, beobachtet. Nicht-relativistisch kann der Sachverhalt mit (1.10) und (1.11 ) beschrieben werden.
Wobei mit ' die Feldgrößen im Inertialsystem, welches in Ruhe zum Gießgut steht, bezeichnet werden. Im Inertialsystem, welches sich in Ruhe relativ zur Sendespule 3, zum Hohlleiter 2 und zum Isolator 6 befindet, sind bei der Rücktransformation (1.11) zwei Feldanteile vorhanden.
E_f - E_f — E_f0 + Ef5 (1 -11)
Das Primärfeld E_f0 (Index 0) wird durch den eingeprägten Kreisstrom in der Sendespule 3 erzeugt, wobei das Gießgut nicht vorhanden ist, d.h. die Feldverteilung ist ungestört. Das Sekundärfeld (Index S) wird durch die Anwesenheit des Gießgutes erzeugt und ist notwendig, damit die Randbedingungen im Hohlleiter 2 erfüllt werden können. Wie zu sehen ist, wird im Inertialsystem in Ruhe zur Sendespule 3 die Summe der beiden Feldanteile primär und sekundär (1.12) gemessen.
E_f = £)p,Mess = EfO T Ejps (1 -12)
In Fig. 3 ist ein Signalanteil über der Gießkanalachse 24 in einem Diagramm aufgetragen. Aus Gleichung (1.10) zusammen mit Fig. 3 ist ersichtlich, dass die F-Komponente der gesamten elektrischen Feldstärke £f /') gemessen in Ruhe zum Gießgut einen, zum Ort der Sendespule
3 symmetrischen und einen unsymmetrischen Anteil 23 besitzt. Dies ist damit zu begründen, dass die F -Komponente der primären elektrischen Feldstärke Ef0 symmetrisch zum zum Ort der
Sendespule 3 ist, hingegen die r- Komponente der primären Induktion Br 0 = -y ] > wie Figur 3 zeigt, unsymmetrisch verläuft. In Fig. 3 ist der Verlauf der Größe 23 ( -
[ ^i-F,o (x, F, z) ]) auf der Oberfläche des Gießgutes zu sehen. Die Gießkanal-Achse, z-Achse ist mit 24 bezeichnet. Weiter ist eine Nulllinie 25 eingezeichnet. Der Verlauf der Größe 23 ist unsymmetrisch mit einem Nulldurchgang 22. Die Information über die Geschwindigkeit vz ist nur im unsymmetrischen Anteil 23 zu finden.
Da die Stärke des unsymmetrischen Anteils 23 gegenüber dem symmetrischen Anteil eher klein ist, muss eine Methode gefunden werden, den symmetrischen Anteil aus der Messung zu entfernen. Dies wird mit zwei verschiedenen Messaufbau-Typen erreicht, wobei ein kreisrunder Querschnitt des Gießkanals 1 vorausgesetzt wird.
Der optimale Messort für maximale geschwindigkeitsabhängige Messgrößen ist direkt auf der Oberfläche des Gießgutes und beim Maximum von 20 und beim Minimum von 21 in Figur 3. Für die praktische Umsetzung bedeutet dies, die Messung so nahe wie möglich an der Oberfläche des Gießgutes durchzuführen.
In Fig. 2a und Fig. 2b ist nun eine Messsektion mit einem zylindrischen Gießkanal 1 , einem Hohl leiter 2 in Form eines Messgehäuses, einer Sendespule 3 und zwei Empfangsspulen 4, 5 darge stellt. Das Messgehäuse kann aus Stahl gefertigt sein und ist mit einem Isolator 6 bis zum Gieß kanal 1 gefüllt. Als Isolator 6 kann eine Keramik oder Guss-Sand dienen. Die Empfangsspulen 4, 5 sind parallel und symmetrisch zur Sendespule 3 angeordnet. Der Gießkanal 1 wird von einem flüssigen, heissen und elektrisch leitendem Medium, durchflossen. Als Medien sind primär Aluminium, Gusseisen und Stahl zu nennen. Der Gießkanal 1 ist in einen Isolator 6 eingearbeitet und wird von dem Isolator 6 begrenzt. Der Isolator 6 besteht aus einem hitzeresistenten Material, wie Keramik oder Guss-Sand.
Auch der Hohlleiter 2 ist aus hitzeresistentem Material gefertigt. Zum Beispiel besteht beim Aluminium-Kokillenguss die Kokille aus Stahl. Somit kann der Hohlleiter 2 auch aus Stahl gefertigt werden. Neben der hitzebeständigen Eigenschaft des Hohlleiters 2, muss dieser Hohlleiter 2 auch aus gut elektrisch leitendem Material gefertigt sein. Hingegen darf der Isolator 6 keine elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Im Isolator 6 sind drei Spulen 3, 4 und 5, nämlich eine Sendespule 3 und zwei Empfangsspulen 4 und 5 nahe dem Gießkanal 1 positioniert und umschliessen diesen als Schleife vorzugsweise mit einer Windung. Die Sendespule 3 wird links und rechts von je einer Empfangsspule 4, 5 eingeschlossen. In die Sendespule 3 wird ein zeitlich veränderlicher elektrischer Strom mit einer speziell gewählten Frequenz eingeprägt. Die Frequenz wird so gewählt, dass diese kleiner als die kleinste Grenzfrequenz des niedrigsten Hohlleitermodes ist. Mit dieser Massnahme kann sich das elektromagnetische Feld nicht als Welle im Hohlleiter 2 ausbreiten und somit verlässt je nach Hohlleiterlänge praktisch keine elektromagnetische Energie die Messsektion. Somit ist gewährleistet, dass keine Störung an benachbarten elektrischen Anlagen auftreten kann. Weiter ist die Resistenz gegenüber externen Störungen unterhalb der kleinsten Grenzfrequenz gewährleistet. Oberhalb der kleinsten Grenzfrequenz blockieren Bandpassfilter 10 das Störsignal.
Weiter wird durch die Wahl der Frequenz und der Form der Spulen eine charakteristische elektromagnetische Feldverteilung im Hohlleiter 2 erzeugt.
Da sich der eingeprägte Strom zeitlich (z.B. harmonisch) verändert, ist nicht nur ein magnetisches Feld im Hohlleiter 2 vorhanden, sondern es kann auch ein elektrisches Feld beobachtet werden. Durch die Anwesenheit des flüssigen, heissen und elektrisch leitenden Mediums wird die elektrische Feldverteilung verändert. Die Sendespule 3 ist mit einer Signalerzeugung 12 durch eine Signalleitung 13 verbunden. Eine Signalerzeugung wird in dieser Schrift auch als Stromquelle bezeichnet.
Die beiden Empfangsspulen 4 und 5 sind baugleich und haben denselben Abstand 7 zur Sendespule 3. Jede Empfangsspule 4 und 5 empfängt durch die Anwesenheit des heissen, flüssigen und elektrisch leitenden Gießgutes eine Veränderung der elektrischen Feldstärke im Hohlleiter 2. Ein Empfangssignal 8, 9 besteht aus einem symmetrischen und einem geschwindigkeitsabhängigen unsymmetrischen Anteil 23. Der symmetrische Anteil ist symmetrisch (gerade) gegenüber der Position der Sendespule 3 auf der Gießkanal-Achse 24. Hingegen ist der unsymmetrische Anteil 23 ungerade, wie Fig. 3 zeigt. Der Empfangspfad der Empfangsspule 5 ist mit einem Anpasselement 11 ausgestattet, damit bei der Kalibrierung das Differenzsignal aus einem Komperator 14 oder Differenznetzwerk 14 Null wird.
Die Kalibrierung erfolgt ohne die Anwesenheit des Gießgutes. Das Anpasselement 11 verstärkt oder dämpft ein Empfangssignal 9 der Empfangsspule 5 bei der Kalibrierung derart, dass das Differenzsignal am Differenznetzwerk 14 null wird.
Um die Geschwindigkeit des Gießgutes zu messen, wird aus den beiden Empfangssignalen 8, 9 der Empfangsspulen 4 und 5 mit Hilfe des Komperators bzw. Differenznetzwerkes 14 die Differenz gebildet. Das Differenzsignal enthält somit nur den unsymmetrischen Anteil 23 und die Geschwindigkeit 17 wird mit einem Messgerät zur Geschwindigkeitsbestimmung 16 gemessen.
Weiter werden die beiden Empfangssignale 8, 9 mit einem Korrelator 15 zur Detektion von turbulenter Strömung genutzt. Bei turbulenter Strömung ist mit einem zusätzlichen Rauschsignal zu rechnen. Dieses Rauschen wird durch mitgeführte Luftblasen und durch eine schnelle zeitliche Veränderung der Fließgeschwindigkeit 17 verursacht. Der Korrelator 15 vergleicht mittels Kreuzkorrelation die beiden Empfangssignale 8, 9 und misst damit das Rauschverhalten und eine eventuelle Bewegungsgeschwindigkeit der Luftblasen.
Folgende Merkmale sind besonders vorteilhaft:
Es sind zwei Empfangsspulen 4 und 5 symmetrisch zur Sendespule 3 zu platzieren, damit jede der Empfangsspulen 4 und 5 denselben Wert für den symmetrischen Anteil erfasst. Der unsymmetrische geschwindigkeitsabhängige Anteil wird durch Differenzbildung der beiden Empfangssignale 8, 9 gemessen (vgl. Fig. 2 und Fig. 3).
Die Radien der Empfangsspulen 4 und 5 sind idealerweise gleich gross, und genauso groß wie der Radius des Gießkanals 1 . In der Praxis sind die Radien der Empfangsspulen 4 und 5 ein wenig größer, damit eine Isolation zwischen dem Gießgut und den Empfangsspulen 4 und 5 erzielt werden kann, d.h. die Radien der Empfangsspulen 4 und 5 werden so gewählt, dass die Empfangsspulen 4 und 5 so nahe wie möglich zum Gießkanal 1 zu liegen kommen, ohne das Gießgut zu berühren.
Die Empfangsspulen 4, 5 und die Sendespule 3 sind Spulen mit je einer Windung. Dies vereinfacht den Aufbau.
Die Kompensation des symmetrischen Anteils erfolgt über das Differenznetzwert 14, wobei vor dem Eingießen des Gießgutes, also bei leerem Gießkanal 1 eine Kalibration mit Hilfe des Anpasselementes 11 erfolgt, wobei das Differenzsignal, welches das Messgerät 16 misst, zu Null wird.
Mit dem Korrelator 15 kann eine turbulente Strömung detektiert werden. Dabei wird mittels Kreuzkorrelation der beiden Empfangssignale 8, 9 eine schnell zeitlich veränderliche Fließgeschwindigkeit, das Auftreten von Luftblasen, sowie die Geschwindigkeit der Luftblasen erfasst.
Der Abstand 7 wird so gewählt, dass die Empfangsspule 4 am Ort des Maximums des Signalverlaufs 20 und die Empfangsspule 5 am Ort des Minimums des Signalverlaufs 21 zu liegen kommen. Der Ort der Sendespule 3 befindet sich beim Nulldurchgang 22.
Nun können weitere Varianten (vgl. Fig. 4 und Fig. 5) zur Optimierung des unsymmetrischen geschwindigkeitsabhängigen Anteils 23 im Sinne, dass dieser maximal wird, gefunden werden.
Die Fig. 4 zeigt eine Variante mit zwei Sendespulen 26, 27 und mit einer Empfangsspule 28 mit je einem Abstand 30 zueinander, wobei die Empfangsspule 28 ein Empfangssignal 31 empfängt. Die Empfangsspule 28 ist genau in der Mitte des Abstandes zwischen den beiden Sendespulen 26, 27 angeordnet. Weiter werden die beiden Sendespulen 26, 27 mit entgegengesetzten Stromstärken + IF und - If beaufschlagt, wobei die Beträge exakt gleich gross sind: |+ /f | = \- If \ . Dies führt dazu, dass am Ort der Empfangsspule 28 nur die r-Komponente der magnetischen Induktion Br 0 29 auftritt. Weiter wird idealerweise der symmetrische Anteil aufgehoben oder zumindest so weit abgeschwächt, dass eine Messung des unsymmetrischen geschwindigkeitsabhängigen Anteils ohne Differenzbildung möglich ist. Dies ist aus den Gleichungen (1.13) und (1.14) ersichtlich.
Es gilt auf der Oberfläche des Gießgutes im ruhenden Inertialsystem zur Empfangsspule 28 mit ungestörten, primären Feldgrößen am Ort der Empfangsspule 28:
E_f0 — E_FO(+ If) + FO(- IF ~ 0 (1.13)
In Figur 4 sind die Stromquellen der Sendespulen 26, 27 nicht dargestellt.
Der Hohlleiter 2 in Form des Messgehäuses ist in Fig. 2 und Fig. 4 rotationssymmterisch zur Gießkanalachse 24 ausgestaltet und die Ebene der jeweils mittleren Spule, nämlich der Sendespule 3 bzw. der Empfangsspule 28, dient ebenfalls als Symmetrieebene. Hierbei weist der Hohlleiter 2 einen Bereich mit einem konstanten Außendurchmesser auf und ist somit zumindest teilweise zylindrisch ausgebildet.
Es ist auch möglich, die Form des Hohlleiters 32 (vgl. Fig. 5) so zu wählen, dass die r-Komponente der magnetischen Induktion Br 0, 29 im Sinne des Ansatzes der Fig. 4, sich optimal am Ort der Empfangsspulen 4, 5 einstellt.
In Ergänzung zu Fig. 1 bis Fig. 5 sollen die Ausführungen aus Fig. 6 und Fig. 7 als mögliche Realisationen vom Komperator 14 vorgeschlagen werden.
Die Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des Komparators 14 und weist eine Sendespule
3 als eine Spule mit einer Windung auf. Die beiden Empfangsspulen 4 und 5 werden nun zu einer Empfangsspulenanordnung 34 zusammengefügt, so dass sich zum Beispiel die Empfangsspule
4 im Uhrzeigersinn und die Empfangsspule 5 im Gegenuhrzeigersinn um den Gießkanal 1 winden. Verbunden werden die Empfangsspulen 4 und 5 mit einem Umkehrbogen 33. Dabei soll auf einen symmetrischen Aufbau mit der Sendespule 3 zwischen den beiden Empfangsspulen 4 und 5 geachtet werden. Auch die Zuführdrahte der Empfangsspulenanordnung 34 sind symmetrisch bezüglich der Durchführung durch den Umkehrbogen 33 auszuführen. Weiter soll der Abstand 7 eingehalten werden.
Der Vorteil der Anordnung in Figur 6 liegt darin, dass es bedeutend einfacher ist, ein möglichst kleines Differenzsignal zur Unterdrückung des Gleichanteils zu erreichten, da der Aufbau mechanisch leicht zu realisieren ist und die Konstruktion robuster gegenüber Unterschieden in den zwei Empfangskanälen ist.
Eine weitere Ausführung zeigt Fig. 7, wobei der Gießkanal 1 nicht gezeigt ist. Diese Ausführung ist zu bevorzugen, wenn das elektrische Skalarpotential nicht vernachlässigt werden kann. Durch eine Erdverbindung 35 zwischen dem Hohlleiter 2 und einem gemeinsamen Potential 39 werden zwei Stromquellen 37 auf ein definiertes Bezugspotential gebracht. Mit zwei Innenwiderständen Ri 38 werden die Stromquellen 37 als reale Stromquellen abgebildet. Zwei Sendespulen 40 und 41 sind über einen Widerstand R0 36 miteinander verbunden, so dass ein vom Betrag her gleicher Strom 43 durch die beiden Sendespulen 40 und 41 fließt. Somit ist am Ort einer Empfangsspule 42, welche je einen Abstand 7 zu den jeweiligen Sendespulen 40 und 41 hat, der symmetrische Anteil Null. Weiter ist unter der Bedingung eines symmetrischen Aufbaus auch das elektrische Skalarpotential gleich gross wie jenes des Hohlleiters 2.
Alle Stromquellen 37, Innenwiderstände 38 und der Widerstand 36 sind ausserhalb des Hohlleiters 2 angeordnet.
Da die Empfangsspule 4, 5, 28 bzw. 42 nahe am Gießgut zu liegen kommt, heizt sich die Empfangsspule 4, 5, 28 bzw. 42 durch Wärmetransport auf. Wird eine Gleichspannung an den Klemmen der Empfangsspule 4, 5, 28 bzw. 42 angelegt und der Gleichstrom (Direct Current Strom bzw. DC-Strom) gemessen, kann durch den temperaturabhängigen Empfangsspulen- Widerstand die Temperatur der Empfangsspule 4, 5, 28 bzw. 42, nämlich die Empfangsspulen- Temperatur gemessen werden. Aufgrund der Empfangsspulen-Temperatur kann auf die Oberflächentemperatur des Gießgutes geschlossen werden. Dies ist mithilfe gängiger Formeln für den Wärmetransport mit zugehörigen Materialkonstanten möglich. Da die Frequenz / 0 [Hz] ist, können durch eine Filterung im Frequenzbereich die beiden Signale, nämlich die Spannung für die Geschwindigkeitsmessung und der Gleichstrom für die Temperaturmessung gleichzeitig erfasst und ausgewertet werden.
Durch einen Wärmetransport heizt sich die Empfangsspule 4, 5, 28 bzw. 42 auf. Durch die Messung des temperaturabhängigen Empfangsspulen-Widerstandes mittels eines Gleichstromes und einer Gleichspannung kann die Empfangsspulen-Temperatur und weiter die Temperatur des Gießgutes an der Oberfläche des Gießgutes bestimmt werden.
Es ist zu beachten, dass die Leitfähigkeit des Gießgutes auch temperaturabhängig ist. Darum ist eine kombinierte Messung von Geschwindigkeit und Temperatur des Gießgutes von Vorteil.
Durch die Kenntnis der Temperatur des Gießgutes ist eine genauere Bestimmung der Geschwindigkeit des Gießgutes möglich, da die Leitfähigkeit bei der Geschwindigkeitsmessung eine wichtige Rolle spielt. Bezugszeichenliste Giesskanal, gefüllt mit elektrisch leitendem Giessgut Hohlleiter Sendespule, mit eingeprägter Stromdichte Empfangsspule A (aus Stahl, Kupfer, ...) Empfangsspule B (aus Stahl, Kupfer, ...) Isolator Abstand Empfangsspule zu Sendespule Empfangssignal der Empfangsspule 4 Empfangssignal der Empfangsspule 5 Bandpassfilter Anpasselement Signalerzeugung Signalleitung zur Sendespule Komperator Korrelator zur turbulenten Strömungsdetektion Messgerät zur Geschwindigkeitsbestimmung mit Hilfe des Differenzsignals Fließgeschwindigkeit des Giessgutes am Rand des Giesskanals Positiver Anteil des unsymmetrischen Anteils Negativer Anteil des unsymmetrischen Anteils Nullstelle bei der Position der Sendespule 3 auf der Giesskanal-Achse Unsymmetrischer Anteil Giesskanal-Achse, z-Achse Nulllinie Sendespule A mit eingeprägtem Strom in F-Richtung + If Sendespule B mit eingeprägtem Strom in F-Richtung - If Eine Empfangsspule r-Komponente der magnetischen Induktion Br Q Abstand Empfangsspule zu Sendespule Empfangssignal der Empfangsspule Andere Hohlleiterform Umkehrbogen Empfangsspulenanordnung aus einem Draht gefertigt
Erdungsverbindung Hohlleiter - Speisenetzwerk
Widerstand R0 ausserhalb des Hohlleiters
Stromquelle ausserhalb des Hohlleiters
Innenwiderstand der Stromquelle Ri ausserhalb des Hohlleiters
Erdung: Gemeinsames elektrisches Potential
Sendespule A
Sendespule B
Empfangsspule
Stromrichtung If

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Befüllen einer Gussformanordnung mit einer Gussform und mit mindestens einer Messsektion, wobei die Gussform einen Hohlraum aufweist, wobei der Hohlraum mit einem elektrisch leitfähigen Gießgut befüllt wird, wobei die mindestens eine Messsektion zumindest eine Sendespule (3) und zumindest eine Empfangsspule (4, 5) aufweist, wobei die Sendespule (3) und die Empfangsspule (4, 5) 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 (3) angelegt wird, wobei durch die Sendespule (3) ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld erzeugt wird, wobei das von der Sendespule (3) erzeugte und von dem Gießgut beeinflusste, elektromagnetische Feld von der Empfangsspule (4, 5) empfangen wird, wobei ein Maß für eine Geschwindigkeit (17) bei einer laminaren Strömung des Gießgutes am Rand des Gießkanals (1) aus zumindest einem Empfangssignal (8, 9) der zumindest einen Empfangsspule (4, 5) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an der Empfangsspule (4, 5) zusätzlich eine Gleichspannung angelegt wird, wobei die Empfangsspule (4, 5) einen temperaturabhängigen Empfangsspulen-Widerstand aufweist, wobei der Gleichstrom durch die Empfangsspule (4, 5) gemessen wird, und wobei aus dem gemessenen Gleichstrom ein Maß für eine Oberflächentemperatur des Gießgutes bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Empfangsspule (4, 5) gemessenes Empfangssignal (8, 9) im Frequenzbereich gefiltert wird, so dass der Spannungsanteil des Empfangssignals (8, 9) zur Geschwindigkeitsbestimmung und der Stromanteil des Empfangssignals (8, 9) zur Temperaturbestimmung getrennt ausgewertet werden.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal mit zeitlich veränderlichem Verlauf mittels einer außerhalb des Hohlleiters (2) angeordneten Stromquelle (12) an der Sendespule (3) angelegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine, erste Sendespule (40) und eine zweite Sendespule (41 ) in dem Hohlleiter (2) angeordnet sind, wobei das eine, erstes elektrische Signal mittels der einen, ersten Stromquelle (37) an der ersten Sendespule (40) angelegt wird, wobei ein zweites elektrisches Signal mittels einer zweiten Stromquelle (37) an der zweiten Sendespule (41) angelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstand (36) zwischen der ersten und der zweiten Sendespule (40, 41) angeordnet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die erste Sendespule (40) ein vom Betrag her gleicher Strom wie durch die zweite Sendespule (41) hindurchfließt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Stromquelle (40, 41) mittels einer zwischen dem Hohlleiter (2) und einem gemeinsamen Potential (39) angeordneten Erdverbindung (35) auf ein definiertes Bezugspotential gebracht werden.
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