METHOD AND DEVICE FOR THE AUTOMATIC SUPPLY OF WATER IN OPERATING A FOUNDRY COOLING DRUM FOR THE CONCURRENT COOLING OF MOULDING SAND AND CORE SAND, AND CASTING

Abstract: 1. Process for automatic dosing of water in operating a foundry cooling drum (1) for the simultaneous cooling of foundry sand, core sand and cast characterized in that in the interior space of the cooling drum (1) the radiated temperature of the material (11) put in place and to be cooled is measured contactlessly, continuously in short time intervals by means of an infrared camera (4, 4a, 4b), that in a measuring transmitter electric signals corresponding with the measured temperatures are produced that in a controlling device (5a, 5b) going out from every one of these signals or from the average value of a plurality of the signals a commanding signal is produced, which then actuates on the control unit (6a, 6b) of a motor-driven, pneumatically or hydraulically driven metering valve.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Wasserdosierung zum Betreiben einer Giessereikühltrommel für das gleichzeitige Kühlen von Form- und Kernsand und Guss. Die Erfindung betrifft den vollautomatischen Betrieb einer Giessereikühltrommel für das gleichzeitige Küh- len von aus der Form entleertem Form- und Kernsand und Gussstück, und hierbei die automatische Dosierung der für-optimale Kühlungsbedingungen jeweils erforderlichen Wassermenge. Beim heutigen Betrieb der Formgiesserei sind die Eühl- trommeln wichtige Einrichtungen. Einerseits erlauben sie einen schnelleren und automatisierten Betriebsablauf. Andererseits wird bei dem entformten und zusammen mit dem Sand umgewälzten SuRstück eine gleichmässigere und Spannungen vermeidende Kühlung erreicht und der Formsand steht schneller zur Wiederverwendung zur Verfügung. Neben diesen, der Produktion dienenden Vorteilen gewinnen diese Kühitrommeln zunehmend an Bedeutung, weil gegenüber früheren Arbeitsweisen weniger lärm, weniger Hitzeabs,;ahlung und weniger Staub entsteht und umweltfreundlichere Verhältnisse und humanere Bedingungen am Arbeitsplatz geschaffen werden. Diese Kühltrommeln werden um die horizontale oder leicht geneigt angeordnete Trommelachse gedreht, wobei sich das zu kühlende Gut vom Einlauf zum Auslauf bewegt. Die Kühlung erfolgt mittels Wasserverdunstung und es besteht das Problem, zu jedem Zeitpunkt die Menge an Wasser zuzuführen, mit der die jeweils gegebenen Bedingungen, die sowohl am Einlauf als auch während des Durchlaufs ständigen Aenderungen unterliegen, momentan berücksichtigt werden. Diese Bedingungen, insbesondere die eingebrachte Wärmemenge, ändern sich z.B. dadurch, dass verschiedene Giesstemperaturen angewendet werden, dass die Zeitabstände zwischen Vergiessen und Einlauf in die Kühl trommel und damit die Eingangstemperaturen wechseln oder dass ein wechselndes Volumenverhältnis von Gussstück zu Sand vorliegt. Auch der zeitliche Durchlauf des Gussstücks durch die Kühltrommel kann je nach Gewicht und Gestalt des Gussstücks Aenderungen unterworfen sein. Während des gesamten Durchlaufs durch die Kühl trommel soll die Wassermenge so betnessen werden, dass der Sand nicht klumpt und an jeder Stelle der Trommel gut rieselfähig bleibt, einerseits damit er durch grosse Oberfläche eine gute Wasserverdunstung bewirkt, andererseits wegen einer guten und vielseitigen Berührung mit den Metallflächen. Der Sand darf aber auch nicht zu trocken werden, da sonst die Wärmeabfuhr nachlässt, durch Staubentwicklung nicht zu vernachlässigende Verluste an Bentonit und Kohlenstaub auftreten und die Abluftreinigung stark belastet wird. Der Sand soll auch für die Wiederverwendung in gewissem Masse konditioniert werden. Für eine gute Wirkungsweise wurde festgestellt, dass am Auslauf der Trommel der Sand eine Temperatur möglichst unter 500C und einen Wassergehalt von 1 bis 2 % und der Guss eine Temperatur von 60 bis 1000C haben soll. Um diesen Verhältnissen Rechnung zu tragen, wurde bisher teils mit empirischen, teils mit indirekten bzw. auf theoretischen Berechnungen fussenden Methoden gearbeitet. Vielfach ausgeübt wird die manuelle Regulierung der Wasserzufuhr, wobei die Bedienungsperson ihre Richtlinie aus der Beobachtung des l'rommelinnenraums bezüglich Dampf- oder Staubentwicklung gewinnt. Bei dieser Methode sind naturgemäss die Korrekturen der Wasserzugabe ungenau und kommen auch erst verzögert zur Auswirkung. Man hat auch versucht Messfühler mit Ther moelencenten einzusetzen. Hier zeigte sich der Nachteil, dass die Temperaturmessung und die Messwertüber- tragung zu träge ist, um die Regulierung der Wasserzufuhr spontan steuern zu können. Ausserdem sind derartige Messfühler gegen mechanische Beschädigungen zu empfindlich, da sie für eine zuverlässige Messung in den bewegten Sand, in dem sich auch die Gussstücke befinden, eintauchen müssen. Im Zuge der Automatisierungsbestrebungen hat man dann indirekte Methoden entwickelt, bei denen vorgegebene Grössen, wie Verhältnis von Metall zu Sand, Verwiegen der Formen vor und nach dem Abgiessen, Zeit zwischen Abgiessen und Einlauf in die Kühltroa Rel, Einlaufgeschwindigkeit und -masse in die Kühl trommel in eine Steuereinrichtung (Computer) eingegeben wurden. Die programmatische Verarbeitung dieser Vielzahl von Steuerungsgrössen liefert dann die Impulse für einen Stellungsregler des Wasserzufuhrventils. Ein solches Steuerungssystem bedingt eine sehr kostspielige Gomputereinrichtung, für digaSede - oft kurzfristig beauftragte - Gussserie eine Programmie- rung zu erstellen ist. Eine Computerprogrammierung kann aber nicht die im Giessereibetrieb unvermeidlichen Unregelmässigkeiten (bedingt durch Schmelzpro zess, Kontrolle und Korrektur der Schmelze,4JdU rung von der ^giesspfanne bis zum Abgiessen in die Form, kurze Unterbrechungen des normalen Arbeitsablaufs u. dgl.) berücksichtigen. Man kam also auch auf diesem Wege richt zu einer Lösung des Problems der optimalen Betriebsbedingungen einer Giessereikühltrommel. Man hat auch in der 'rrommelwatl Bohrungen angebracht, um die Temperatur des herausriCselnden Sandes zu messen. Hierbei gab es folgende Schwierigkeiten: Sind die Locher zu klein, verstopfen sie leicht, sind sie grösser, rieselt zu viel Sand heraus. Auch die Messungen der Ablufttemperatur führte nicht zum Erfolg, da sie die Verhältnisse am Ort der Kühlung zu ungenau wiedergibt. Ausserdem erfolgt auch bei diesen beiden Methoden die Korrektur der Wasserzufuhr mit zu grosser Verzögerung. Keine der bekannten Methoden gestattet eine auf die aktuelle Temperatur unmittelbar reagierende Dosierung der Wasserzugabe und noch viel weniger eine Korrektur der Wasserzugabe entsprechend dem Temperaturgang im Verlauf der Durchlaufsstrecke des zu kühlenden Gutes in der Trommel. Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer rotierenden Giessereikühltrommel der genannten Art - unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile - die Kühlung von Form- und Kernsand und Gussstücken in op tiualtr und innerhalb kürzester Zeitabstände korrigierbarer Weise mittels einer automatisierten und spontan reagierenden Dosierung der in die Sühltrom- mel einzuleitenden Wassermenge zu erreichen. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe. Das Verfahren zur automatischen Wasserdosierung zum Betreiben einer Giessereikühltrommel für das gleichzeitige Kühlen von Form- und Kernsand und Guss ist dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum der Trommel die von dem eingebrachten, zu kühlenden Gut ausstrahlende Temperatur berührungslos mittels mindestens einer Infrarot-Kamera fortlaufend in kurzen Zeitabständen gemessen wird, dass in einem Umformer, den gemessenen Temperaturen entsprechende elektrische Signale gebildet werden, dass in einer Steuereinrichtung aus jedem einzelnen dieser Signale oder aus dem Mittelwert mehrerer Signale ein Stellsignal gebildet wird, das dann den Stellungsregler eines motorisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigten Ventils für die Wasserzufuhr steuert. Die Zeitabstände zwischen zwei Messungen können etwa 0,1 bis 10 sec. betragen. Brauchbare Mittelwerte erhält man bereits aus zwei Messungen. Für die Berech können nung von Mittelwerten aufeinanderfolgende Messwerte einer Infrarot-Kamera oder die Messwerte mehrerer Infrarot-Kameras zugrundegelegt werden. Die Vorrichtung zur DurchführulLg dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturmessund Wasserdosierbereich oder mehrere solcher Bereiche mit je folgenden Merkmalen vorgesehen ist bzw. sind: a) im Innenraum der Kühltrommel ist eine Infrarot Kamera oder eine Mehrzahl von in Durchlaufrich tung hintereinander, nebeneinander oder versetzt angeordneten Infrarot-Kameras installiert, b) ausserhalb der Kühltrommel befindet sich eine Steu ereinrichtung, welche die Temperaturmesswertsignale der Infrarot-Kameras aufnimmt und daraus ein Steu ersignal für die Wasserzufuhr bildet, c) eine Wasserzuführleitung ist in den Innenraum der Kühltrommel geführt und mündet in Auslaufrohre, Spritz- oder Sprühdüsen, die im Demperaturmessbe- reich liegen, d) in der Wasserzuführleitung befindet sich ein Do sierventil, das motorisch, hydraulisch oder pneu matisch betätigt wird, wobei für diese Betätigung ein von der Steuereinrichtung gesteuerter Stellungs regler vorgesehen ist, e) in Durchlaufrichtung vor dem Dosierventil befindet sich ein Absperrventil, das durch Kopplung mit dem Trommelantrieb bei Trommelstillstand die Wasserzu fuhr unterbricht. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird eine, in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform beschrieben. Fig. 1 zeigt die Kühltrommel mit der erfindungsgemässen Was serdo siervorrichturig, Fig. 2 zeigt einen Querschnitt dieser Kühltrommel, Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäss mit einer Vorrich tung zur Sauberhaltung der Optik ausgerüstete Infrarot-Kamera. Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei in Durchlaufrichtung mit Abstand hintereinander angeordnete Messbereiche vorgesehen. Jeder Messbereich bedient ein vollständiges und unabhängig arbeitendes Dosiersystem. Die Kühl trommel 1 hat einen Einlauf 2 für das zu Buh- lende Gut und einen Auslauf 3, wo die gekühlten Gussstücke weggenommen werden. Der gekühlte Sand rieselt durch Perforierungen am Auslaufende der Kühltrommel 1 auf ein Förderband. Für den, vom Einlauf gesehen, ersten Messbereich ist die Infrarot-Kamera 4a installiert. Die Optik dieser Infrarot-Kamera 4a (wie auch jeder weiteren Infrarot Kamera 4) ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, vorzugsweise auf eine mittlere Stelle, bzw. eine Stelle etwa grösster Dicke des Kühlguts 11 gerichtet, so wie dieses sich infolge der, durch den Pfeil angedeuteten Drehung der Kühltrommel 1 einstellt (s. Fig. 2). Der Messobjektabstand richtet sich nach der verwendeten Optik. Der erste Mess- und Wasserdosierbereich soll da liegen, wo das vom Sand mitgebrachte Wasser weitgehend verdunstet ist und die aus der Form kommenden Sandklumpen zerfallen sind. Von der Infrarot-Kamera 4a, bzw. deren eingebautem Messumformer führt die elektrische Leitung 15a zu der Steuereinrichtung 5a. Hier wird entsprechend den eingehenden Messwerten in kurzen Zeitabständen von vorzugsweise 1 bis 3 sec. ein Stellsignal gebildet und an den Stellungsregler 6a des motorisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigten Dosierventils 7a in der Wasserzuführleitng 8a gegeben. Vorzugsweise verwendet man pneumatische Stellungsregler. Für die Bildung des Stellsignals können die einzelnen Messwert signale oder ein Mittelwert aus mehreren aufeinanderfolgenden Messwertsignalen verwertet werden. Insbesondere bei grösseren Kühl trommeln können auch für jeden Mess- und Dosierbereich mehrere Infrarot-Ka meras eingesetzt sein, aus deren Messwertsignalen ein Mittelwert gebildet wird. Vom Dosierventil 7a ist die Wasserzuführleitung 8a in den Innenraum der Kühltrommel 1 geführt, wo sie durch ein oder mehrere Auslaufrohre, Spritz- oder Sprühdüsen 9a die für den gewünschten Kühl- und Konditioniereffekt optimale Wassermenge abgibt. Mit Vorteil sind die Auslaufrohre, Spritz- oder Sprühdüsen 9 so nach oben gerichtet, dass ihre Mündungen oberhalb der Wasserzuführleitung 8a liegen. In Durchlaufrichtung vor dem Dosierventil 7a befindet sich das Absperrventil 10a, mit dem bei Stillstand der Kühltrommel 1 die Wasserzufuhr sofort unterbrochen wird. Mit Vorteil verwendet man ein elektromagnetisch betätigtes Absperrventil, das über den Steuerstrom des Eühltrommelantriebs gesteuert wird. Zur Eichung der Anlage ist die Nullstellung des o- sierventils 7a regulierbar. Die Vorrichtung arbeitet vollautomatisch in der Weise, dass die aktuelle Temperatur unmittelbar und daher sehr schnell und zuverlässig auf die Wasserzufuhr bzw. deren Dosierung einwirkt und dass pro Mess- und Dosierbereich nur soviel Wasser zugeführt wird, dass der Sand rieselfähig bleibt, aber nicht zu trocken wird. Bei der dargestellten Ausführungsform ist auch ein zweiter Messbereich mit selbständig arbeitendem Dosiersystem vorgesehen. Dieses ist in gleicher Weise wie das vorstehend beschriebene System aufgebaut und umfasst die Infrarot-Kamera 4b, die elektrische Leitung 15b, die Steuereinrichtung 5b, den Stellungsregler 6b, das Dosierventil 7b, die Wasserzuführleitung 8b, die Auslaufrohre, Spritz- oder Sprühdüsen 9b und das Absperrventil 10b. Der Abstand zwischen den beiden Mess- und Dosierberei cLen wird so bemessen, dass nach weitgehender Verdunstung des im ersten Bereich zugegebenen Wassers im zweiten Bereich eine weitere Wasserzugabe in Abhängigkeit von der dort gemessenen Temperatur erfolgt. Bei der Bemessung des Abstandes spielen auch Erommellänge tlZ rchmesser sowie Umdrehungsgeschwindigkeit eine Rolle. Es ist zwar möglich, mit nur einem Mess- und Dosierbereich auszukommen, jedoch werden bei Anordnung von zwei und gegebenenfalls noch mehr Bereichen die Tem- peraturverhältnisse im Innenraum der Kühltrommel, bzw. die eingebrachte sich sowohl am Eingang als auch während der Durchlaufstrecke ständig und oft unregelmässig ändernde Wärmemenge besser erfasst, so dass an jeder Stelle der Kühltrommel die gerade dort erforderliche Wassermenge zugeführt wird und eine optimale Abkühlung erreicht wird. Für die Wahl solcher Mehrfachausrüstungen sind z.-B. Länge, Durchmesser, Betriebsdrehzahl und sonstige Konstruktions- und Betriebsmerkmale der Kühltrommel sowie auch die Art des Giessprogramms massgebend. Mit Vorteil verwendet man Infrarot-Kameras, die neben dem normalen Kühlmantel noch mit einer weiteren Umman- telung versehen sind, durch die Druckluft EO hindurchgeleitet wird, dass sie rings um die Kameralinse austritt und hierbei eine solche Strömungsrichtung hat, dass Staub, Dämpfe und Gase nicht zur Linse gelangen können. Das Schema einer solchen Kamera zeigt Fig. 3. Die Infrarot-Kamera 4- ist von einem Schutzgehäuse 12 so umgeben, dass ein Zwischenraum um die Aussenwandungen der Kamera gebildet ist. Durch den Einströmungsstutzen 13 wird Druckluft eingeleitet, welche die Ea- mera, wie die Pfeile andeuten, umströmt und rings um die Optik ausströmt und da e durch das über die Optik hinausreichende SchutzrohrWabfliesst. Mit 14 ist daa Anschlusskabel und mit 17 die Rohrleitung für das Durchlaufmedium des normalen Kühlsystems bezeichnet. Neben dem Zweck der Sauberhaltung der Optik dient das Schutzgehäuse 12 auch noch der Wärmeisolierung und dem Schutz vor mechanischen Beschädigungen. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass für jedes Giessprogramm, jedes Verhältnis von Sand zu Metall und jede Gussstückgrösse vollautomatisch die optimale Wassermenge zugeführt wird, wobei diese Automatik auch bei allen im Giessereibetrieb unvermeidlichen Unregelmässigkeiten und bei Aenderung des Giessprogramms voll wirksam ist und in Sekundenschnelle die Wasserzufuhr den augenblicklich gegebenen Verhältnissen anpasst. Die Vorrichtung ist konstruktiv einfach und anpassungsfähig, einerseits an alle Kühltrommelkenstruk- tionen, andererseits an alle Betriebseigenarten.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur automatischen Wasserdosierung zum Be treiben einer Giessereikühltrommel für das gleich zeitige Kühlen von Form- und Kernsand und Guss, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum der Kühltrommel die von dem einge brachten, zu kühlenden Gut ausstrahlende Temperatur berührungslos mittels mindestens einer Infrarot Kamera fortlaufend in kurzen Zeitabstände gemessen wird, dass in einem Umformer den gemessenen Temperaturen entsprechende elektrische Signale gebildet werden, dass in einer Steuereinrichtung aus jedem einzelnen dieser Signale oder aus dem Mittelwert mehrerer Signale ein Stellsignal gebildet wird, das dann den Stellungsregler eines motorisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigten Dosierventils für die Was serzufuhr steuert. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fortlaufenden "emperaturmessungen und damit die Einstellungen der Wasserdosierung mit Zeitab ständen von 0,1 bis 10 sec vorgenommen werden. 9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass man auf tlem Durchlaufweg des Kühlguts in mehreren, in AbstäncLen angeordneten Bereichen die Temperatur misst und in den jeweils zugehörigen Be reichen die Wasserzufuhr entsprechend dosiert, wo bei die erste Messung nd Dosierung dort durchge führt wird, wo das vom Sand mitgebrachte Wasser weitgehend verdunstet ist und die aus der Form kom menden Sandklumpen zerfallen sind und die zweite und gegebenenfalls weitere Messungen und Dosierun gen dort durchgeführt werden, wo das im ersten bzw. vorhergehenden Bereich zugeführte Wasser weitgehend verdunstet ist. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass malL zur Eichung der Anlage die Nullstellung des Wasserdosierventils reguliert. 5. Vorrichtung zur Durchfthrung des Verfahren nach ei nem der Ansprüche 1 bi, 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Demperaturmess- und Wasserdosierbereich oder mehrere solcher Bereiche mit je folgenden Merkmalen voi-esehen ist bzw. sind; a) im Innenraum der Kühltrommel (1) ist eine Infra rot-Kamera (4) oder eine Mehrzahl hintereinander, nebeneinander oder zersetzt angeordneten Infra rot-Kameras installiert; b) ausserhalb der Kühltrommel (1) befindet sich eine Steuereinrichtung (5), welche die Temperaturmess wertsignale der Infrarot-Kameras aufnimmt und daraus ein Steuersignal für die Wasserzufuhr bildet; c) eine Wasserzuführleitung (8) ist in den Innen raum der Kühl trommel geführt und mündet in Aus laufrohre, Spritz- oder Sprühdüsen (9), die im Temperaturmessbereich liegen; d) in der Wasserzufahrleitung (8) befindet sich ein Dosierventil (7), das motorisch, pneuma tisch oder Wydraulisch betätigt ist, wobei für diese Betätigung ein von der Steuereinrichtung (5) gesteuerter Stellungsregler (6) vorgesehen ist; e) in Durchlaufrichtung vor dem Dosierventil (7) befindet sich ein Absperrventil (10), das durch Koppelung mit dem Trommel antrieb bei Grommel- stillstand die Wasserzufuhr unterbricht. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik der Infrarot-Kamera (4, Fig. 2) auf eine mittlere Stelle, bzw. eine Stelle etwa grösster Dicke des Kühlguts (11) gerichtet ist, so wie sich das Kühlgut (11) infolge der Drehung der Kühltrommel einstellt (Fig. 2). 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, dass der erste Demperaturmess- und Wasser dosierbereich an der Stelle der Kühltrommel ange ordnet ist, wo das vom Sand mitgebrachte Wasser weitgehend verdunstet ist und die aus der Form kom menden Sandklumpen zerfallen sind. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da durch gekennzeichnet, dass ein zweiter oder weite rer Demperaturmess- und Wasserdosierbereich an der Stelle der Kühltrommel angeordnet ist, wo das im vorhergehenden Bereich zugegebene Wasser weitge hend verdunstet ist. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8 da durch gekennzeichnet, dass die Auslaufrohre, Spritz oder Sprühdüsen (9, Fig. 2) so nach oben gerichtet sind, dass ihre Mündungen oberhalb der Wasserzuführ leitung (8) liegen 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, da durch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (10) ein elektromagnetisches, über den Steuerstrom des Kühltrommelantriebs gestuertes Ventil ist. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, da durch gekennzeichnet, dass das Dosierventil (7) in seiner Nullstellung regulierbar ist. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, ge kennzeichnet durch eine Infrarot-Kamera (4, Fig. 3) mit einem äusseren Schutzgehäuse (12), das einen Zwischenraum um die Aussenwandungen der Infrarot Kamera bildet, einen an der Rückseite der Kamera gelegenen Einströmungsstutzen (13) für Druckluft, einem die Optik der Kamera umgebenden Ringschlitz und einem: über die Optik hinausragenden Schutzrohr (16).

Inventors: HERTLEIN, GUNTER, MUNKEL, RUDI, SCHETTER, HANS, Hertlein, Günter, Münkel, Rudi
Applicants: DOSSMANN GMBH EISENGIESSEREI UND MASCHINENFABRIK
Application year: 1980
Main classification: B22C5
IPC codes: B22C5