PROCESS AND DEVICE FOR CONTROLLING THE FINAL FILLING OF MOULDS WITH MOLTEN METAL

Abstract: 1. A method of monitoring the final filling level during the filling of moulds (1), in particular sand moulds, with molten metal, which moulds have a poor electrical conductivity, characterized by the following features : a) an approximately funnel-shaped measuring attachment (2) is positioned on to the actual funnel tube (4) of the mould (1) prior to the commencement of the filling operation ; b) a change of the mutual induction of the coils (24, 25) included in the measuring attachment caused by the rising molten metal, is measured ; c) the supply of molten metal is stopped when a threshold value has been reached.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Endfüllstandes beim Füllen von Gussformen mit flüssigem Metall Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Insbesondere soll das Verfahren für Metalle mit einem hohen Schmelzpunkt geeignet sein. Aus der CH-PS 609 595 ist eine "Kontrolleinrichtung für die Zufuhr einer Schmelze in eine Giessform" bekannt, bei der der Füllstand in der Eingussöffnung der Giessform be rührungslos mit Hilfe einer ringförmigen, den Schmelzstrahl umgebenden, stromdurchflossenen Messspule bestimmt wird. Das Signal dieser Messspule beeinflusst die Stelleinrichtung und damit die Zufuhr von Flüssigmetall. Das dort vorgeschlagene Verfahren dient einerseits zur Regulierung der Zufuhr von Flüssigmetall während des Giessvorganges je nach dem Schluckvermögen der Gussform und andererseits zur Beendigung des Giessvorganges bei Erweichen eines vorbestimmten Füllstandes. Probleme treten allerdings dadurch auf, dass ausser der Höhe des Füllstandes auch andere Faktoren das Signal der Spule beeinflussen. So ist eine extrem genaue Positionierung der Spule in Bezug auf die Giessform und die Giesspfanne, insbesondere eine exakt waagerechte Einstellung, nötig und ausserdem ist das Signal der Spule stark von der Temperaturvab- hängig, was unter anderem eine Kühlung und TemFeratur- kontrolle erforderlich macht. Darüberhinaus beeinflusst alles umgebende Metall den Messwert, so dass besondere Abschirmungsmassnahmen notwendig sind. Aus der DE-OS 26 38 015 und der DE-OS 26 39 793 sind fernerhin optische Uberwachungssysteme für den Füllstand von Flüssigmetall in einer Giessform bekannt. Auch diese weisen jedoch verschiedene Nachteile auf, die insbesondere im rauhen ADtagsbetrieb einer Giessereianlage zum Tragen kommen. So erfordern die optischen Systeme auch eine präzise Justierung und sind empfindlich gegenüber Verunreinigungen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, was es insbesondere ermöglicht, den Endfüllstand in Gussformen möglichst exakt reproduzierbar zu machen. Dabei soll das Verfahren mit möglichst einfachen Bauteilen aus kommen, die keine besondere Justierung und keine übermässige Wartung erfordern. Auf diese Weise soll ein automatisches Füllen von vielen gleichartigen Gussformen von einer zentralen Schaltwarte aus möglich sein. Von entscheidender Bedeutung ist auch die Forderung nach Haltbarkeit und geringer Störanfälligkeit der verwendeten Komponenten. Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäss dem Hauptanspruch vorgeschlagen, zur Messung einen trichterförmigen.Messauf- satz, welcher dichtend auf den eigentlichen Einftlltrich- ter der Gussform aufgesetzt werden kann zu verwenden, der zusammen mit dem Giessofen umsetzbar ist. Zwei oder mehr Induktionsspulen in dem Messauf satz, deren gegenseitige Induktion ein Mass für den Füllstand ist, erZöglichen eine exakte Messung auch bei hohen und gegebenenfalls etwas schwankenden Temperaturen. Bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes wird die Zufuhr von FlU88igmetall beendet, was durch Stellglieder in Verbindung mit den an sich bekannten Vergiessmechaniken erreicht wird. Gemäss dem Anspruch 2 wird vorgeschlagen, den Schwellwert der Füllhöhe so einzustellen, dass der Messaufsatz kurz nach dem Ende des Giessvorganges ohne Uberfliessen von Flüssigmetall wieder abgenommen werden kann. Da durch eine Volumenreduzierung beim Abkühlen des Flüssigmetalls der Flüssigmetallspiegel kurz nach dem Ende des Füllvorganges etwas absinkt, lässt sich durch entsprechende Einstellung des Schwellwertes für den Endfüllstand erreichen, dass wenig später der Messauf satz problemlos abgehoben werden kann. Der konische Einfülltrichter erlaubt eine mechanisch einfache aber sehr exakte Positionierung des Messaufsatzes auf jede Gussform, so dass die Voraussetzungen für eine reproduzierbare Füllhöhe geschaffen sind. Im Anspruch 3 wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen. Ein etwa trichterförmiger Messauf satz aus Keramikmaterial, welcher dichtend auf den eigentlichen Einfülltrichter der Gussform aufsetzbar ist, wird mit mindestens zwei Magnetspulen ausgestattet. Die Magnetspulen umgeben aussen den konischen Teil des Messauf satzes. Mindestens eine der Spulen ist als Sendespule ausgelegt und an eine Wechselstromquelle anschliessbar und mindestens eine andere Spule ist als Empfangs- spule ausgelegt und an eine Mess- und Steuerelektronik anschliessbar. Mit dieser Ausrüstung kann der Messaufsatz besonders empfindlich das Ansteigen des FlUssigmetall- spiegels in seinem Inneren nachweisen. Benutzt wird dabei ein an sich bekanntes Messprinzip: Das von der Sendespule erzeugbare elektromagnetioche Feld induziert in der Empfangsspule eine Spannung, welche in einem Messgerät registriert werden kann. Die Magnetfeldlinien laufen durch den von den beiden Spulen umgebenen Raum und bewirken solange eine gute magnetische Kopplung der Spulen, wie keine Unterbrechung der Magnetfeldlinien erfolgt. Wird jedoch ein elektrisch leitendes Material, beispielsweise ein Flüssigmetall in den von den Feldlinien durchlaufenen Raum gebracht, so werden in dem elektrischen Leiter (zumindest bei magnetischen Wechselfeldern) Wirbelströme erzeugt, welche ein entgegengesetztes Magnetfeld hervorrufen. Dies führt zu einer Schwächung der magnetischen Kopplung der Spulen und damit zu einer Verringerung der in der Empfangsspule induzierten Spannung. Je nach der Geometrie der Spulen und der Höhe der benutzten Frequenz ist ein empfindlicher Nachweis auch schon einer-Annäherung des Flüssigmetall- spiegels möglich. Bei Verwendung einer geeigneten Konstantwechselstromquelle lässt sich eine Messung mit sehr hoher absoluter Genauigkeit durchführen. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung schlägt der Anspruch 4 vor, den trichterförmigen Messaufsatz an seinem oberen Ende mit einem über die Spulen hinausragenden keramischen Wulst zum Schutz der Spulen zu versehen. Die Spulen sind dann eingebettet in den Raum zwischen der Sandgussform und dem Wulst. Diese Ausgestaltung verhindert, dass die Spulen durch Spritzer von flüssigem Metall oder andere Einwirkungen beschädigt werden. Da das keramische Material des Messauf satzes unter Umständen nur eine begrenzte und gegenüber den Spulen sehr viel kürzere Lebensdauer hat, wird in weiterer AusRestaltung der Erfindung im Anspruch 5 vorgeschlagen, die Spuren zur Unterseite des abgenommenen Messaufsatzes hin abnehmbar auszuführen. Insbesondere wird im Anspruch 6 vorgeschlagen, die Spulen mit ihren elektrischen Zuleitungen als eine auswechselbare Einheit zu gestalten, welche je nach Bedarf mit einem neuen keramischen Aufsatz versehen werden kann. Dies bewirkt, dass der aufwendigere Teil des Messauf satzes, nämlich die Spulen, ohne grossen Aufwand und ohne Montage und Justierarbeiten mit einem neuen keramischen Mantel weiterbenutzt werden können. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Messaufsatz gemäss dem Anspruch 7 in einer Halte- und Handhabungsmechanik befestigt sein soll, welche ein automatisches Umsetzen des Messaufsatzes mit dem Giessofen von einer Gussform zur nächsten ermöglicht. Diese Ausführung bietet sich deshalb an, weil der Messaufsatz durch die konische Form sehr leicht von selbst in seine exakte Arbeitsposition rutscht, wenn er mit Hilfe einer Mechanik, welche genügend Spiel aufweisen sollte, umgesetzt wird. In besonderer Ausgestaltung. der Erfindung wird im Anspruch 8 vorgeschlagen, das Spulensystem zusätzlich mit einer Temperaturmessvorrichtung zu versehen, welche beibesonders hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Messung eine Kompensation von temperaturbedingten Änderungen des Messsignals ermdglicht. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigt Fig. 1 eine schematische Übersicht über die gesamte An ordnung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den oberen Teil einer Gussform mit aufgesetztem Messaufsatz und Fig. 3 eine Ansicht von oben auf den Messaufsatz. In Fig. 1 ist eine Sandgussform 1 mit aufgesetztem Messaufsatz 2 dargestellt. Der Messaufsatz wird von einer Haltevorrichtung 21 getragen, welche mit der Aufhängung 10 der Giesspfanne 8 verbunden ist. Ein Antrieb 9 steuert den Ausfluss aus dem Giessofen 8. Eine Konstantwechselstromquelle 6 versorgt die eine Spule des Messaufsatzes mit einem konstanten Wechselstrom, und die in der zweiten Spule induzierte Spannung wird von einer Mess- und Steuerelektronik 7 registriert und in Steuersignale für den Antrieb 9 der Giesspfanne 8 umgesetzt. Nach Erreichen eines vorbestimmten Füllstandes wird die Zufuhr von Flüssigmetall aus der Giesspfanne 8 gestopt und die ganze Vorrichtung zur nächsten Gussform verfahren. In Fig. 2 und 3 ist der obere Teil einer Sandgussform mit aufgesetztem Messaufsatz dargestellt (bzw. eine Ansicht von oben auf den Messauf satz. Die Sandgussform 1 weist einen Füllkanal 3 und darüber einen Einflltrichter 4 auf. Auf den oberen Rand des Einfülltrichters 4 ist der Messaufsatz 2 so auf setzbar, dass sein konischer Teil 23 dichtend in den Einfülltrichter 4 hineingleitet. Das in den Einfülltrichter 4 ragende Ende 22 des Messaufsatzes bewirkt eine exakte Positionierung. Der konische Teil 23 des Messaufsatzes 2 ist von mindestens zwei ringförmigen Spulen 24, 25 umgeben. Die eine Spule 24 dient als Sendespule und ihre Zuleitungen sind an eine Konstant wechsel stromquelle anschliessbar. Die zweite Spule 25 dient als Empfangs spule und kann an eine Mess-1 und Steuerelektronik 7 angeschlossen werden. Die ZuleitVngen der Spulen und gegebenenfalls eines nicht dargestellteM Temperaturfühlers werden in einem gemeinsamen Schutzrohr 26 nach aussen geführt. Eine Halterung 21 trägt den ganzen Messaufsatz und ermöglicht in Verbindung mit der Mechanik der Giesspfanne ein Umsetzen des Messaufsatzes. Bei Erreichen eines bestimmten Füllstandsspiegels 5 der Metallschmelze spricht die Messelektronik an und stopt den Zufluss von weiterem Flüssigmetall. Die Magnetfeldlinien, welche im Prinzip beide Spulen auf einem geschlossenen Weg umlaufen müssen, um eine induktive Kopplung zu bewirken, werden durch Wirbelströme im Flüssigmetall stark geschwächt, wobei schon einfache geometrische Überlegungen zeigen, dass eine bedeutende Schwächung schon bei einem Füllstand nahe dem unteren Ende 22 des Messaufsatzes eintritt. Während die Sandgussform 1 für die Magnetfeldlinien ebenso gut durchdringbar ist wie die keramischen Teile des Messaufsatzes 2, sind schon wenige Millimeter Flüssigmetall für Magnetfeldlinien praktisch undurchdringlich. Darin besteht die Grundlage für präzise Messungen.

Claims: Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung des Endfüll standes beim Füllen von Gussformen mit flüssigem Metall Patentansprüche 1. Verfahren zur Überwachung des Endfüllstandes beim Füllen von elektrisch schlecht leitenden Gussformen (1), insbesondere Sandgussformen, mit flüssigem Metall, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Ein etwa trichterförmiger Messaufsatz (2) wird vor Füll beginn auf den eigentlichen Einfülltrichter (4) der Gussform (1) aufgesetzt. b) Eine Änderung der gegenseitigen Induktion von in dem Messaufsatz enthaltenen Spulen (24, 25) durch das an steigende Flüssigmetall wird gemessen. c) Bei Erreichen eines Schwellwertes wird die Zufuhr von Flüssigmetall beendet. 2. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: a) Der Schwellwert der Füllhöhe wird so eingesellt, dass der Messaufsatz (2) kurz nach dem Ende des Giessvorganges bereit-s ohne Überfliessen von Flüssigmetall wieder ab -genommen werden kann. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Es ist ein etwa trichterförmiger Messaufsatz (25 aus Keramikmaterial vorhanden, welcher dichtend (22) auf den eigentlichen Einfülltrichter (4) der Sandgussform (1) aufsetzbar ist. b) Der konische Teil (23) des Messaufsatzes (2) ragt nach dem Einsetzen über den Einfülltrichter (4) hinaus und ist von mindestens zwei Magnetspulen (24, 25) umgeben. c) Mindestens eine der Spulen (24, 25) ist als Sendespule (24) ausgelegt und an eine Wechselstromquelle (6) an Schliessbar. d) Mindestens eine der Spulen (24, 25) ist als Empfangs spule (25) ausgelegt und an eifle Mess- und Steuerelek tronik (7) anschliessbar. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Der Messauf satz (2) weist an seinem oberen Ende einen über die Spulen hinausragenden keramischen Wulst (27) auf. b) Die Spulen (24, 25) füllen den Raum zwischen Sandguss form (1) und Wulst (27) aus. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: a) Die Spulen (24, 25) sind zur Unterseite hin bei ab genommenem Messaufsatz (2) auswechselbar. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, g e k e n n 2 é i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: a) Die Spulen (24, 25) bilden mit ihren elektrischen Zu leitungen (26) eine auswechselbare Einheit. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: a) Der Messauf satz (2) ist in einer Halte- und Ha dhabungs- mechanik (21) befestigt, welche ein automatisches Um setzen des Messaufsatzes mit dem Giessofen (8) von einer Gussform (1) zur nächsten ermöglicht. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: a) Im Bereich der Spulen (24, 25) ist eine Temperatur meBvorrichtung vorhanden, deren Zuleitungen ebenfalls an die Mess- und Steuerelektronik (7) anschliessbar sind.

Inventors: BARZANTNY, JOACHIM, LEICH, WILFRIED
Applicants: INTERATOM GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG, LEICH ELEKTROOFENBAU GMBH
Application year: 1983
Main classification: B22D39
IPC codes: B22D39