EP4284576B1 - Giesskelle zum schöpfen und giessen flüssigen metalls und verfahren - Google Patents

Giesskelle zum schöpfen und giessen flüssigen metalls und verfahren

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Publication number
EP4284576B1
EP4284576B1 EP21847679.4A EP21847679A EP4284576B1 EP 4284576 B1 EP4284576 B1 EP 4284576B1 EP 21847679 A EP21847679 A EP 21847679A EP 4284576 B1 EP4284576 B1 EP 4284576B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ladle
sensor
scoop
unit
scoop bowl
Prior art date
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Active
Application number
EP21847679.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4284576A1 (de
EP4284576C0 (de
Inventor
Eric RIEDEL
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.)
Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Original Assignee
Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
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 Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg filed Critical Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Publication of EP4284576A1 publication Critical patent/EP4284576A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4284576C0 publication Critical patent/EP4284576C0/de
Publication of EP4284576B1 publication Critical patent/EP4284576B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D2/00—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass
    • B22D2/006—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass for the temperature of the molten metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D39/00—Equipment for supplying molten metal in rations
    • B22D39/02—Equipment for supplying molten metal in rations having means for controlling the amount of molten metal by volume
    • B22D39/026—Equipment for supplying molten metal in rations having means for controlling the amount of molten metal by volume using a ladler

Definitions

  • the invention relates to a ladle for scooping and pouring liquid metal and a method for casting a workpiece using such a ladle.
  • the metal is melted in melting units and transported to holding furnaces via transport crucibles.
  • the employee uses the traditional and proven ladle and pouring tool (hereinafter referred to simply as the pouring tool) to carry out the actual casting process.
  • the founder dips the pouring tool into the molten metal of the holding furnace, lets it remain in the molten metal bath for a short time, scoops the required molten metal from the holding furnace, and then often waits a short while, for example, by placing the ladle again (at the edge of the holding furnace) and intuitively begins the mold filling process "at some point" based on his experience.
  • Irregularities in the process can arise, which can lead to different properties during pouring and ultimately in the product (casting). For example, it is not yet possible to detect the exact pouring conditions and the associated properties of the liquid material during pouring. This, in turn, makes it impossible to draw conclusions as to whether and to what extent a Part-specific casting processes are the cause of product defects. Furthermore, there is currently no way to correlate everyday, potentially varying environmental conditions with the manufactured casting and gain corresponding quality-relevant insights.
  • the pouring ladle is configured to detect at least one physical parameter during the pouring process, namely at least the temperature.
  • This parameter can be a parameter of the liquid material in the ladle or a sensor measuring an environmental parameter.
  • the parameter by comparing the parameter with quality parameters of the casting, conclusions can be drawn about the relationships between quality and the measured value. This is the prerequisite for defining and ultimately monitoring a uniform pouring process.
  • the advantage of the pouring ladle according to the invention lies primarily in the significant increase in the repeatability of the casting/mold filling processes across the entire series production batch. This ensures consistent quality across all batches. The rejects resulting from deteriorating active conditions can thus be significantly reduced.
  • This also allows for batch-specific, Documentable temperature and process parameter monitoring of manual casting processes. This can be significantly improved, particularly at the time of mold filling. This leads to quality assurance and can thus become a decisive competitive advantage when winning orders.
  • the ladle according to the invention is also particularly well suited as a training tool and in particular as a tool for prototype production. During prototype production, the operator cannot necessarily rely on a high degree of intuition and experience, so monitoring the process parameters makes finding the best process much easier.
  • the ladle is a manual ladle.
  • the handle is elongated starting from the scoop as a handle, as in a conventional ladle.
  • the scoop is preferably designed as a regular hollow body with one open side.
  • the regular hollow body has, for example, the basic shape of a hemisphere or a cylinder, with corners preferably rounded at least on one inner surface of the hollow body to prevent adhesion and contamination.
  • the scoop preferably has a pouring section, for example in the form of a groove or a spout.
  • the pouring section is preferably designed as Forming of a wall of the scoop in the area of the opening, i.e. the open side of the hollow body.
  • the at least one sensor is selected from the group consisting of an (air) pressure sensor, (air) humidity sensor, inclination sensor, position sensor and/or a tactile sensor.
  • a measuring or confirmation device can be provided, for example on the handle of the ladle, which detects a signal, for example in the form of pressing a button or key, which is actuated by the operator when working manually with the ladle.
  • the handle has a grip or holding section on which a confirmation unit assignable to the measuring unit is arranged for confirming a pouring process.
  • the ladle has an air pressure sensor and/or a humidity sensor, particularly on a surface of the ladle bowl and/or handle facing away from the melt.
  • the measuring unit has an evaluation unit (comprising a computing and/or microcontroller unit), a display unit and/or a storage unit, which is/are connected to the at least one sensor in a signal-conducting manner and is/are configured to store values measured by the at least one sensor in the storage unit continuously or at regular time intervals and/or to output them by means of the output unit.
  • an output unit enables the operator to monitor the process at precise times. Ultimately, depending on the design of the evaluation and output unit, this can be used to issue a warning when a predetermined critical value, in particular a predetermined temperature, is exceeded or not reached, as well as to control or regulate the pouring process.
  • the pouring ladle according to the invention enables quality monitoring of the process as well as subsequent traceability of the resulting Product defects can be identified and the process can be adjusted. Archiving of measurement data is also possible.
  • the evaluation, storage and/or display unit are arranged on the handle, in particular arranged away from the scoop, since this prevents or at least reduces the harmful effects of the high melting temperatures due to heat radiation.
  • the electrical components are preferably thermally shielded to prevent or at least reduce harmful influences.
  • the output unit is preferably configured to output a visual, haptic, and/or acoustic signal.
  • a display, a vibration sensor, and/or a tone generator are provided, for example.
  • a particular advantage is that one position of the evaluation, storage, and/or output unit is freely movable. This allows for ergonomic positioning tailored to the individual operator.
  • the measuring unit is advantageously connected to an external storage unit and/or an external charging unit. This enables the collection and more complex evaluation of data from multiple processes.
  • the connection is preferably detachable and is implemented or can be implemented, for example, in the form of an NFC (near field communication) interface and/or a plug-in connection such as a USB port.
  • An induction unit can be provided for the charging unit as an alternative or in addition.
  • the scoop in particular on a surface facing away from the interior of the scoop, that is to say a surface on a
  • the side facing away from the liquid metal is fully insulated. This primarily ensures a homogeneous temperature distribution within the melt and slower and more even cooling. Furthermore, heat radiation into the environment, and thus onto the operator and other parts of the measuring unit, is reduced.
  • the insulation advantageously comprises a ceramic material, in particular a technical ceramic.
  • Materials that comprise or consist of oxide or silicate ceramics, in particular calcium silicate, are preferred, for example the technical ceramic available as MonaLite® .
  • the insulation comprises ceramic fibers. Suitable layer thicknesses for the insulation range from 5 to 40 mm, preferably 10 to 30 mm, more preferably 15 to 25 mm.
  • the material of the scoop requires high thermal stability, exhibits a high melting point, and is non-deformable.
  • Suitable materials include cast iron, steel, and/or special plastics. In this case, a hybrid of cast iron and plastic has proven particularly suitable.
  • the pouring process is detected by actuating a confirmation unit or by a position and/or inclination sensor.
  • the temperature sensors are preferably evenly distributed. Depending on the type of sensor used, they are integrated into the surface in such a way that, when used as intended, they have direct or only indirect contact with the melt. In other words, the temperature of the melt is measured either by direct contact of the melt with the temperature sensors 1 or by over-measuring the temperature of the surface material on the concave side of the scoop 3.
  • the scoop 3 also preferably has insulation 2 on a side facing away from the melt, i.e., on the convex outer side.
  • the insulation 2 comprises a ceramic material, for example a ceramic oxide or a ceramic silicate, such as calcium silicate, which, due to its very low thermal conductivity, enables high thermal insulation even at high temperatures, such as those experienced by metallic melts.
  • the insulation 2 comprises ceramic fibers and/or thermally insulating plastics. A mixture of calcium silicate and a thermally insulating plastic has proven to be particularly efficient for use in light metal casting.
  • the insulation 2 is preferably applied as a coating over the entire surface of the scoop 3 with a layer thickness in the range of 5 to 40 mm, in particular 10-30 mm.
  • the scoop bowl 3 is preferably connected to the handle 6 via a detachable and/or rotatable or pivotable connection 9.
  • the connection is detachable but fixed.
  • the connection preferably has a locking mechanism.
  • Such a transfer requires a signal-conducting connection, such as an electrical plug connection or a wireless connection 7, in particular based on NFC.
  • a signal-conducting connection such as an electrical plug connection or a wireless connection 7, in particular based on NFC.
  • the storage unit 8 is preferably an external storage unit 8, as this enables the recording and, in particular, visual processing of the data backup.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Food-Manufacturing Devices (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gießkelle zum Schöpfen und Gießen flüssigen Metalls sowie ein Verfahren zum Gießen eines Werkstücks mit einer solchen.
  • Die Zuführung von flüssigen Gußmaterialien hochschmelzender Materialien in Gießereien erfolgt automatisch, halbautomatisch oder manuell über einen Schöpfvorgang mit anschließendem Abguss in eine Gießform.
  • Automatische oder halbautomatische Gießprozesse und -vorrichtungen werden etwa in CN 108 480 606 A , WO 2014/024955 A1 , DE 10 2010008 944 A1 , DE 22 37 249 A1 undjP S54 1 67107 U beschrieben.
  • Bei einem Großteil der Leichtmetallgießereien, insbesondere bei der Anwendung technologischer Schwerkraftgießverfahren erfolgt das Schöpfen und/oder der Abguss häufig noch manuell durch einen Mitarbeiter. Somit hat der Mitarbeiter einen großen Anteil am Prozessverlauf.
  • Im Grunde wird das Metall in Schmelzaggregaten eingeschmolzen und über Transporttiegel zu Warmhalteöfen transportiert. Zur Ausübung des eigentlichen Gießprozesses steht beim manuellen Prozess dem Mitarbeiter (Gießer) die traditionelle und bewährte Schöpf- und Gießkelle (im Weiteren lediglich als Gießkelle bezeichnet) zur Verfügung. Der Gießer taucht die Gießkelle in die Schmelze des Warmhalteofens, lässt diese kurz im Schmelzbad, schöpft die erforderliche Schmelze aus dem Warmhalteofen, wartet dann häufig noch ein wenig, in dem er beispielsweise die Kelle nochmal (am Rand des Warmhalteofens) absetzt und beginnt gemäß seiner Erfahrung intuitiv "irgendwann" mit dem Formfüllprozess.
  • Dabei können Unregelmäßigkeiten im Prozess entstehen, was zu unterschiedlichen Eigenschaften während des Abgießens und letztlich im Produkt (Abguss) führen kann. Beispielsweise ist es bislang nicht möglich, die exakten Abgießbedingungen und die damit verbundenen Eigenschaften des flüssigen Materials während des Abgießens zu detektieren. Damit ist es wiederum nicht möglich, die Rückschlüsse zu führen, ob und inwieweit ein teilespezifischer Abgießvorgang ursächlich für Produktfehler ist. Darüber hinaus liegt bislang keine Möglichkeit vor, die alltäglichen, unter Umständen variierenden Umgebungsbedingungen mit dem gefertigten Gussteil in Zusammenhang zu bringen und entsprechende qualitätsrelevante Erkenntnisse zu gewinnen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Analyse beziehungsweise Vereinheitlichung des Gießprozesses von Gussteilen zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine Gießkelle nach Anspruch 1 gelöst.
  • Somit ist die erfindungsgemäße Gießkelle eingerichtet während des Gießprozesses zumindest einen physikalischen Parmeter, nämlich wenigstens die Temperatur zu detektieren. Bei dem Parameter kann es sich ebenso um einen Parameter des flüssigen Materials in der Schöpfschale, wie auch um einen einen Umgebungsparameter messenden Sensor handeln. Je nachdem, um welchen Wert es sich handelt, können durch Vergleichen des Parameters mir Qualitätsparametern des Gussteils Rückschlüsse auf die Zusammenhänge zwischen Qualität und Messwert gezogen werden. Dies ist die Voraussetzung, um einen einheitlichen Abgießprozess zu definieren und letztlich auch zu überwachen.
  • Somit besteht der Vorteil der erfindungsgemäßen Gießkelle vor allem darin, die Wiederholgenauigkeit der Gieß-/Formfüllungsprozesse über das gesamte Serienlos deutlich zu erhöhen. Dabei kann eine gleichbleibende Qualität über alle Stückzahlen hinweg gewährleistet werden. Der Ausschuss, der aus diskutierenden Aktivbedingungen resultiert, kann mithin deutlich reduziert werden. Damit einher geht auch die Möglichkeit der chargenspezifischen, dokumentierbaren Temperatur-Prozessparameterüberwachung manueller Gieß Vorgänge. Dieser kann insbesondere zum Zeitpunkt der Formfüllung deutlich verbessert werden. Dies führt zu einer Qualitätssicherung und kann somit zum entscheidenden Wettbewerbsvorteil bei der Auftragsgewinnung werden. Aufgrund der Überwachungsmöglichkeiten eignet sich die erfindungsgemäße Gießkelle zudem besonders gut als Schulungswerkzeug und insbesondere als Werkzeug für die Prototypenfertigung. Bei der Prototypenfertigung kann der Bediener noch nicht zwingend auf das hohe Maß an Intuition und Erfahrung zurückgreifen, sodass eine Überwachung der Prozessparameter das Auffinden des besten Prozesses deutlich erleichtert. Erfindungsgemäß handelt es sich bei der Gießkelle um eine manuelle Gießkelle.
  • Der Stiel ist erfindungsgemäß, wie bei einer herkömmlichen Gießkelle, ausgehend von der Schöpfschale als Griff längserstreckt.
  • In bevorzugter Ausgestaltung ist eine Verbindung zwischen Schöpfschale und Stiel beweglich und/oder lösbar ausgestaltet. Dabei hat eine bewegliche Verbindung insbesondere den Vorteil, dass der Abgießvorgang durch Schwenken oder Kippen der Schöpfschale, beispielsweise durch Lösen einer Arretierung erfolgen kann, während die Position des Stiels unverändert ist. Zudem führt der dadurch mögliche modulare Aufbau dazu, dass bei Verschließ nur einzelne Teile, insbesondere die höher beanspruchte Schöpfschale ausgetauscht werden müssen und somit die höher technisierten Module wieder- oder weiterverwendet werden.
  • Die Schöpfschale ist bevorzugt als regelmäßiger Hohlkörper mit einer offenen Seite ausgestaltet. Der regelmäßige Hohlkörper hat dabei beispielsweise die Grundform einer Halbkugel oder eines Zylinders, wobei Ecken zumindest an einer inneren Oberfläche des Hohlkörpers bevorzugt abgerundet sind, um Anhaftungen und Verunreinigungen zu vermeiden.
  • Zur Erleichterung eines gezielten und örtlich begrenzten Abgießvorgangs weist die Schöpfschale bevorzugt einen Gießabschnitt, beispielsweise in Form einer Rille oder einer Tülle auf. Der Gießabschnitt ist bevorzugt als Ausformung einer Wandung der Schöpfschale im Bereich der Öffnung, also der offenen Seite des Hohlkörpers realisiert.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Sensor auszuwählen ist aus der Gruppe aus (Luft-)Drucksensor, (Luft-) Feuchtigkeitssensor, Neigungssensor, Lagesensor und/oder einem taktilen Sensor. Die Messung einer Temperatur der Schmelze in der Schale, insbesondere in regelmäßigen Abständen über den gesamten Prozess hinweg, ermöglicht die Detektion eines der wichtigsten Parameter, da durch die Temperatur der Schmelze wichtige Rückschlüsse auf den Zustand der Schmelze getroffen werden können. Bevorzugt wird die Temperatur der Schmelze, insbesondere im Zeitpunkt des Abgießvorgangs mehrerer Prozesse detektiert und in Hinblick auf die Qualität der im jeweiligen Prozess gefertigten Gussteile ausgewertet. So kann der ideale Abgießzeitpunkt bezogen auf die Temperatur der Schmelze bestimmt und letztlich geregelt werden.
  • Hierzu ist daher vorgesehen, dass zumindest ein Temperatursensor mit Messkontakt zu einer dem Schöpfraum der Schöpfschale zugewandten Oberfläche der Schöpfschale, also einer Oberfläche, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch mit dem flüssigen Metall in Kontakt steht, an der Gießkelle angeordnet ist. Zur gleichmäßigen Bestimmung der Temperatur für die gesamte in der Schöpfschale befindliche Schmelze weist die Oberfläche bevorzugt mehrere, insbesondere gleichmäßig verteilte Temperatursensoren auf.
  • Alternativ oder zusätzlich durchdringt, beispielsweise in Form eines Dorns zumindest ein Sensor die Oberfläche und hat somit bei bestimmungsgemäßem Gebrauch Kontakt zur Schmelze.
  • Mit Vorteil weist die erfindungsgemäße Gießkelle daher, insbesondere zusätzlich zum Temperatursensor einen Sensor auf, der eine Kellenbewegung und mithin den Abgießzeitpunkt detektiert. Ein solcher Sensor ist beispielsweise ein Neigungs-, ein Lage- oder ein taktiler Sensor.
  • Alternativ oder zusätzlich kann ein Mess- oder Bestätigungsmittel, beispielsweise am Stiel der Gießkelle vorgesehen sein, welches ein Signal, beispielsweise in Form des Drückens eines Tasters oder Knopfes detektiert, welches bei manueller Arbeitsweise mit der Gießkelle durch den Bediener betätigt wird.
  • Mit anderen Worten ist bevorzugt, dass der Stiel einen Griff oder Halteabschnitt aufweist, an dem eine zur Messeinheit zuordenbare Bestätigungseinheit zum Bestätigen eines Gießvorgangs angeordnet ist.
  • Es hat sich gezeigt, dass der ideale Abgießzeitpunkt nicht einzig durch die Temperatur der Schmelze bestimmt wird, sondern vielmehr durch weitere Faktoren, insbesondere Umgebungsfaktoren, beeinflusst wird. Daher ist es von Vorteil, wenn die Kelle, insbesondere auf einer von der Schmelze abgewandten Oberfläche der Schöpfschale und/oder des Stiels einen Luftdrucksensor und/oder einen Luftfeuchtigkeitssensor aufweist.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messeinheit eine Auswerteeinheit (umfassend eine Rechen- und/oder (Micro-Controllereinheit), eine Anzeigeeinheit und/oder eine Speichereinheit aufweist, welche mit dem mindestens einen Sensor signalleitend verbunden und dazu eingerichtet ist oder sind, kontinuierlich oder in regelmäßigen zeitlichen Intervallen von dem mindestens einen Sensor gemessene Werte in der Speichereinheit zu speichern und/oder mittels der Ausgabeeinheit auszugegeben. Dies ermöglicht die Verarbeitung der Messwerte innerhalb der Gießkelle. Folglich ist es nicht erforderlich, während des gesamten Prozesses eine Verbindung zu einer externen Steuer- oder Speichereinheit vorzusehen. Zudem ermöglicht eine Ausgabeeinheit die zeitgenaue Überwachung des Prozesses durch den Bediener. Letztlich kann damit, je nach Ausgestaltung der Auswerte- und Ausgabeeinheit eine Warnung bei einem Über- und/ oder Unterschreiten eines vorbestimmten kritischen Werts, insbesondere einer vorbestimmten Temperatur, sowie eine Steuer- oder Regelung, insbesondere des Abgießvorgangs erfolgen.
  • Die erfindungsgemäße Gießkelle ermöglicht eine Qualitätsüberwachung des Prozesses sowie die nachträgliche Nachvollziehbarkeit entstandener Produktmängel in Einheit mit einem Nachziehen des Prozesses. Zudem ist eine Archivierung der Messdaten möglich.
  • Bevorzugt sind Auswerte-, Speicher- und/oder Anzeigeeinheit am Stiel angeordnet, insbesondere abgewandt von der Schöpfschale angeordnet, da dies eine schädliche Einwirkung der hohen Schmelztemperaturen durch Wärmestrahlung verhindert oder zumindest reduziert.
  • Alternativ oder zusätzlich werden die elektrischen Komponenten bevorzugt thermisch abgeschirmt um schädliche Einflüsse zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.
  • Die Ausgabeeinheit ist bevorzugt eingerichtet, ein visuelles, haptisches und/oder akustisches Signal auszugeben. Hierfür sind beispielsweise ein Display, ein Vibrations- und/oder ein Tongeber vorgesehen.
  • Mit besonderem Vorteil ist eine Position der Auswerte-, Speicher- und/ oder der Ausgabeeinheit frei verschiebbar ausgestaltet. Dies ermöglicht eine auf den jeweiligen Bediener abgestimmte ergonomische Positionierung.
  • Mit Vorteil ist die Messeinheit mit einer externen Speichereinheit und/oder einer externen Ladeeinheit verbunden. Dies ermöglicht eine Sammlung und komplexere Auswertung der Daten mehrerer Prozesse. Die Verbindung ist bevorzugt lösbar und beispielsweise in Form einer NFC- (near field communication)-Schnittstelle und/oder einer Steckverbindung wie USB-Anschlüssen realisiert oder realisierbar. Für die Ladeeinheit kann alternativ oder zusätzlich eine Induktionseinheit vorgesehen sein.
  • Insbesondere bei Kombination der zuvor genannten Ausführungsformen und Merkmale eignet sich die erfindungsgemäße Gießkelle besonders gut, um in eine bestehende betriebliche, insbesondere digitale Infrastruktur integriert zu werden, wobei die erfindungsgemäße Gießkelle ebenso in Form einer Insellösung autark einsetzbar ist.
  • In weiter bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gießkelle ist vorgesehen, dass die Schöpfschale, insbesondere auf einer dem Innenraum der Schöpfschale abgewandten Oberfläche, also Oberfläche auf einer bei bestimmungsgemäßem Gebrauch dem flüssigen Metall abgewandten Seite eine vollflächig angeordnete Isolierung aufweist. Dies stellt in erster Linie eine homogene Temperaturverteilung innerhalb der Schmelze sowie eine verlangsamte und gleichmäßige Abkühlung derselben sicher. Zudem wird eine Wärmestrahlung in die Umgebung und mithin auf den Bediener und weitere Teile der Messeinheit reduziert.
  • Mit Vorteil umfasst die Isolierung ein keramisches Material, insbesondere eine technische Keramik. Bevorzugt sind Materialien welche Oxid- oder Silikatkeramiken, insbesondere Calciumsilikat aufweisen oder aus einer solchen bestehen, beispielsweise die als MonaLite ® erhältliche technische Keramik. Alternativ oder zusätzlich weist die Isolierung Keramikfasern auf. Geeignete Schichtdicken für die Isolierung liegen im Bereich von 5 bis 40mm, bevorzugt 10 bis 30 mm, weiter bevorzugt 15 bis 25mm.
  • Das Material der Schöpfschale stellt hohe Anforderungen an eine thermische Stabilität, zeigt einen hohen Schmelzpunkt und ist nicht verformbar. Geeignete Materialien umfassen einen Eisenguss, Stahl und oder spezielle Kunststoffe. Vorliegend hat sich ein Hybrid aus Gusseisen und Kunststoff als besonders geeignet erwiesen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Fertigen eines Gussteils gemäß Anspruch 8, insbesondere eines Metallgussteils, unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Gießkelle wenigstens nach Anspruch 1. Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei die folgenden Schritte auf, welche in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
  • Zum einen umfasst das Verfahren ein Schöpfen des zu gießenden Materials, also ein Füllen der Schöpfschale mit flüssigem Metall oder Kunststoff durch Tauchen der Schöpfschale in eine Schmelze. Diese befindet sich bevorzugt in einem Warmhaltegefäß.
  • Dabei wird die Temperatur der Schmelze in der Schöpfschale wiederholt mittels eines Temperatursensors der Gießkelle detektiert.
  • Die gemessene Temperatur wird in einer in Bezug auf die Gießkelle internen oder externen Speichereinheit gespeichert und insbesondere auch ausgegeben. Bevorzugt erfolgt die Ausgabe sekundengenau.
  • Mit Vorteil wird der Abgießvorgang durch Betätigung einer Bestätigungseinheit oder durch einen Lage- und/oder Neigungssensor detektiert.
  • Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Ausgabe eines akustischen, haptischen und/oder visuellen Signals bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur (Solltemperatur) der in der Schöpfschale befindlichen Metallschmelze und/oder beim Über- oder Unterschreiten einer solchen.
  • Dabei wird die Solltemperatur unter anderem in Abhängigkeit von durch weitere Sensoren bestimmte Umgebungsbedingungen wie Luftdruck und Luftfeuchtigkeit ermittelt und mithin die vorbestimmte Temperatur bei Variation der Umgebungsbedingungen neu bestimmt.
  • Die beschriebenen Ausführungsformen sind, sofern im Einzelfall nicht anders beschrieben mit Vorteil miteinander kombinierbar. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer exemplarischen Figur genauer beschrieben. Es zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Gießkelle in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gieß-oder Schöpfkelle 10 in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. Die Gießkelle 10 ist in der gezeigten Ausführung als längserstreckte, manuell verwendbare Gießkelle 10 ausgestaltet. An einem Ende weist die Gießkelle 10 eine Schöpfschale 3 auf. Ausgehend von dieser Schöpfschale 3 erstreckt sich ein Stiel 6.
  • Die Schöpfschale 3 weist in der gezeigten Ausführungsform eine halbkugelförmige äußere Form auf, welche an einer Kante einen rinnenförmigen Ausguss aufweist. An einer dem Innenraum der Halbschale zugewandten Oberfläche, also im konkreten Fall auf der konkaven Seite der Schöpfschale 3, ist eine Mehrzahl an Temperatursensoren 1 angeordnet.
  • Diese Temperatursensoren sind bevorzugt gleichmäßig verteilt. Je nach verwendeten Sensortyp sind diese derart in die Oberfläche integriert, dass sie bei bestimmungsgemäßem Gebrauch direkten, oder nur mittelbaren Kontakt mit der Schmelze haben. Mit anderen Worten wird die Temperatur der Schmelze entweder durch direkten Kontakt der Schmelze mit dem Temperatursensoren 1 oder Übermessung der Temperatur des Oberflächenmaterials auf der konkaven Seite der Schöpfschale 3 gemessen. Die Schöpfschale 3 weist zudem auf einer der Schmelze abgewandten Seite, also auf der konvexen Außenseite bevorzugt eine Isolierung 2 auf. Die Isolierung 2 umfasst ein keramisches Material, beispielsweise ein keramisches Oxid oder ein keramisches Silikat, wie Calciumsilikat, welches auch bei hohen Temperaturen, wie sie beispielsweise metallische Schmelzen aufweisen aufgrund ihres sehr niedrigen Wärmeleitwertes eine hohe thermische Isolierung ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich weist die Isolierung 2 keramische Fasern und/oder thermisch isolierende Kunststoffe auf. Als besonders effizient für die Anwendung im Leichtmetallguss hat sich eine Mischung aus Calciumsilikat und einem thermisch isolierenden Kunststoff erwiesen.
  • Je nach verwendetem Material ist die Isolierung 2 als Beschichtung bevorzugt vollflächig auf der Schöpfschale 3 mit einer Schichtdicke im Bereich von 5 bis 40 mm, insbesondere 10-30 mm aufgetragen.
  • Die Schöpferschale 3 ist mit dem Stiel 6 bevorzugt über eine lösbare und oder dreh-, bzw. schwenkbare Verbindung 9 verbunden. Für die Benutzung im manuellen Betrieb, wie es in der gezeigten Ausführungsform der Fall ist, ist die Verbindung lösbar, aber fest ausgeführt. Die Verbindung weist in beweglicher Ausführung bevorzugt eine Arretierung auf.
  • Der Stiel 6 und/oder die Verbindung 9 sind bevorzugt aus einem Material gefertigt oder zumindest mit einem Material beschichtet, welches eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist.
  • Die Gießkelle 10 weist eine Meßeinheit 4 auf, zu der auch die bereits beschriebenen Temperatursensoren 1 zählen. Die Meßeinheit 4 weist bevorzugt neben den Temperatursensoren weitere Sensoren, wie beispielsweise taktile Sensoren, Neigungssensoren zur Detektion einer Kellenbewegung sowie Sensoren zur Messung von Umgebungsparametern, die beispielsweise Luftdrucksensoren und/oder Feuchtigkeitssensoren auf. Diese sind beispielsweise am Griff, also am in Bezug auf die Schöpfschale 3 anderen Ende des Stiels 6 angeordnet. Zur Speicherung und/oder Verarbeitung der gemessenen Werte kann die Gießkelle 10 eine interne Auswerte- und Speichereinheit 4 aufweisen, die dann bevorzugt im Stiel 6 angeordnet ist. Alternativ können die gemessenen Parameter direkt an eine externe Auswerte-und Speichereinheit übergeben werden. Eine derartige Übergabe erfordert eine signalleitende Verbindung, wie sie beispielsweise in Form einer elektrischen Steckverbindung oder aber einer kabellosen Verbindung 7, insbesondere auf Basis der NFC erfolgt. Gleiches gilt für eine elektrische Beladung der technologischen Einheiten der Meßeinheit 4 und im Besonderen auch für eine Speichereinheit 8. Bei der Speichereinheit 8 handelt es sich bevorzugt um eine externe Speichereinheit 8, da dies die Erfassung und insbesondere visuelle Aufbereitung der Sicherung der Daten ermöglicht.
  • Zudem umfasst die Meßeinheit 4 bevorzugt eine Ausgabeeinheit, beispielsweise in Form eines Displays. Insbesondere im manuellen Betrieb der Gießkelle 10 ist die Ausgabeeinheit an der Gießkelle 10 direkt angeordnet oder aber in einem für den Bediener visuell leicht zugänglichen Bereich, wie beispielsweise einem auf Augenhöhe angeordneten Monitor oder aber in einer AR-Brille.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Temperatursensoren
    2
    Isolierung, isolierende Beschichtung
    3
    Schöpfschale
    4
    Meßeinheit
    4a
    Anzeige-/Auswerteeinheit
    5
    Bestätigungseinheit/taktile Sensor, Druckknopf
    6
    Stiel
    7
    signalleitende Verbindung, drahtlose Verbindung, NFC-Verbindung
    8
    externe Steuereinheit
    9
    Verbindung zwischen Schöpferschale und Stil
    10
    Gieß- oder Schöpfkelle

Claims (9)

  1. Gießkelle (10) zum Schöpfen und Gießen flüssigen Metalls,
    wobei die Gießkelle (10) eine manuelle Gießkelle (10) ist, aufweisend eine Schöpfschale (3) und einen mit der Schöpfschale (3) verbundenem Stiel (6), welcher ausgehend von der Schöpfschale (3) als Griff längserstreckt ist ,
    wobei die Gießkelle (10) eine Messeinheit (4) umfassend zumindest einen Sensor zum Messen zumindest eines physikalischen Parameters aufweist, wobei wenigstens ein Sensor als Temperatursensor (1) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (1) mit Messkontakt zu einer dem Schöpfraum der Schöpfschale (3) zugewandten Oberfläche der Schöpfschale (3) angeordnet ist.
  2. Gießkelle nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Sensor auszuwählen ist aus der Gruppe aus (Luft-)Drucksensor, (Luft- )Feuchtigkeitssensor, Neigungssensor, Lagesensor und/oder einem taktilen Sensor.
  3. Gießkelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messeinheit (4) eine Auswerteeinheit (4a), eine Anzeigeeinheit (4a) und/oder eine Speichereinheit aufweist, welche mit dem mindestens einen Sensor signalleitend verbunden und dazu eingerichtet ist oder sind, kontinuierlich oder in regelmäßigen zeitlichen Intervallen von dem mindestens einen Sensor gemessene Werte in der Speichereinheit zu speichern und/oder mittels der Ausgabeeinheit auszugeben.
  4. Gießkelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die Schöpfschale (3) eine Mehrzahl, insbesondere gleichmäßig verteilter Temperatursensoren (1) aufweist.
  5. Gießkelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schöpfschale (3) eine vollflächig angeordnete Isolierung (2) aufweist, die insbesondere auf einer dem Innenraum der Schöpfschale (3) zu- oder abgewandten Oberfläche angeordnet ist.
  6. Gießkelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messeinheit (4) mit einer externen Speichereinheit und/oder einer externen Ladeeinheit, insbesondere über eine NFC (near field communication), Induktion und/oder Steckverbindung wie USB-Anschlüsse verbunden oder verbindbar ist.
  7. Gießkelle nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Stiel (6) einen Griff oder Halteabschnitt aufweist, an dem eine zur Messeinheit (4) zuordenbare Bestätigungseinheit (5) zum Bestätigen eines Gießvorgangs angeordnet ist.
  8. Verfahren zum Fertigen eines Gussteils unter Verwendung einer Gießkelle (10) wenigstens nach Anspruch 1 ,
    wobei das Verfahren die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge aufweist:
    a) Füllen der Schöpfschale (3) mit einer flüssigen Schmelze durch Tauchen der Schöpfschale (3) in eine Schmelze,
    b) wiederholtes Detektieren der Temperatur der Schmelze in der Schöpfschale (3) mittels des Temperatursensors (1),
    c) Speichern der Temperatur in einer in Bezug auf die Gießkelle (10) internen oder externen Speichereinheit.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren weiterhin zumindest einen der Schritte umfasst:
    d1) Detektieren eines Abgießvorgangs durch Betätigung einer Bestätigungseinheit (5) oder durch einen Lage- und/oder Neigungssensor,
    d2) Ausgabe eines akustischen, haptischen und/oder visuellen Signals bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur der in der Schöpfschale (3) befindlichen Schmelze.
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