INSTALLATION OF REGULATING A CASTING- AND CONVEYING EQUIPMENTWHILE FILLING A MOULD WITH MOLTEN METAL

Abstract: 1. Arrangement for regulating a casting or conveying device when filling a casting mould (1) with liquid metal, the height of the liquid metal level (4) being measured in the upper region (2) of the pouring-in opening (3) of the casting mould (1) by means of induction coils (7, 8), consisting of an attachment (13) with at least two induction coils (7, 8), of which at least one is formed as a transmitting coil (7) and at least one is formed as a receiving coil (8), and of an electronics system which measures the mutual induction of the coils and correspondingly regulates the supply of liquid metal, characterised by the following features : a) The casting mould (1) has a collar (6) which runs round the upper region (2) of the pouring-in opening (3). b) The attachment (13) is formed in such a way that it can be placed about the collar (6) of the casting mould (1).

Description: Verfahren zur Regelung einer Giess- bzw. Fördereinrichtung beim Füllen einer Guss'form mit ?lüssigmetall und zugehörige Gussform sowie Vorrichtung zur Durchfthrang des Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs und eine zugehörige Gussform sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Beim Füllen einer Gussform sind verschiedene Randbedingungen einzuhalten. Einerseits muss immer genügend Flüssigmetall zugeführt werden, damit keine Blasen in dem Gussstück entstehen können, andererseits soll ein Überfliessen von Flüssigmetall ebenfalls vermieden werden. Ausserdem soll der am Ende des Giessvorganges in der Einfüllöffnung stehende ¯Pfropfen" nicht zu gross sein, da dieses überschüssige Material zusätzlich erschmolzen werden muss, was die Energiekosten erhöht. In der DE-C1-32 45 832 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Uberwachung des Endfüllstandes beim Füllen von Gussformen mit flüssigem Metall beschrieben. Dort wird ein Messauf satz mit zwei Induktionsspulen, deren gegenseitige Induktion gemessen wird, auf die Gussform aufgesetzt, wobei beim Überschreiten eines Schwellwertes der gegenseitigen Induktion der Spulen die Zufuhr von Flüssigmetall beendet wird. Die dort beschriebene Vorrichtung hat den Vorteil, dass eine Nachrüstung mit dieser Vorrichtung ohne Veränderung an den Gussformen selbst möglich ist. Sie hat jedoch den Nachteil, dass das Innere des Messaufsatzes mit Flüssigmetall in Berührung kommt, wodurch seine Lebensdauer begrenzt ist. Ausserdem ist eine präzise Regelung der Flüssigmetallzufuhr mit diesem Aufsatz nur schwer möglich, da der Flüssigmetallspiegel während des Füllvorganges und bei der Endabschaltunq unterhalb oder jedenfalls nur im unteren Bereich des Spulensystems liegt, während die grösste Messgenauigkeit bei einem Flüssigmetallspiegel in der Mitte des Spulensystems liegt. Die bekannte Vorrichtung eignet sich daher zwar gut für eine Endabschaltung jedoch nicht ohne weiteres für eine präzise Regelung des Füllvorganges. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die präzise Regelung einer Giess- bzw. Fördereinrichtung beim Füllen einer Gussform mit Flüssigmetall mit einer möglichst einfachen und wartungsarmen Vorrichtung. Dabei ist zu berücksichtigen, dass selbst gleichartige Gussformen ein unterschiedlicheS'' Schluckvermögen haben können, d. h. das zugeführte Flüssigmetall fliesst unterschiedlich schnell in die betreffenden Formen. Fernerhin soll die Aufgabe gelöst werden, dass nacheinander ganz versc#hiedene Gussformen mit Flüssigmetall gefüllt werden können, ohne dass jeweils die Giess- bzw. Fördereinrichtung umgestellt oder beispielsweise neu pro grammiert werden muss. Ausserdem soll die vorgeschlagene Regelung insbesondere für elektromagnetische Fördereinrichtungen geeignet sein. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Anspruch 1 vorgeschlagen. Erfindungsgemäss werden Induktionsspulen vor dem Beginn des Füllvorganges um einen um die Eingussöffnung der Gussform umlaufenden Kragen gelegt. Zu Beginn des Füllvorganges wird dann so viel Flüssigmetall zugeführt, dass der Flüssigmetallspiegel im oberen Bereich der Eingussöffnung bis in den von den Induktionsspulen umgebenen Bereich ansteigt. Die Änderung der gegenseitigen Induktion der Induktionsspulen wird zur Regelung der weiteren Flüssigmetallzufuhr benutzt, wobei die Zufuhr beim Übersteigen eines vorgebbaren Grenzwertes gedrosselt bzw. gestoppt und beim Unterschreiten erhöht wird, wodurch der Flüssigmetallspiegel während des ganzen Füllvorganges in einem gewünschten Bereich bleibt. Vorteil dieses Verfahrens ist einerseits, dass die Induktionsspulen nicht mehr mit einer Verkleidung versehen sein müssen, die mit dem Flüssigmetall in Kontakt kommt. Dadurch sind diese praktisch wartungsfrei. Durch die Art der Regelung des Füllvorganges ist keinerlei vorherige Einstellung an der Giess- bzw. Fördereinrichtung nötig. Die beschriebene Regelung der Höhe des Flüssigmetallspi-gels ermöglicht ein sicheres und fehlerfreies Füllen jeder Gussform, unabhängig von ihrem Schluckvermögen und ihrem Volumen . Überschreitet der Flüs- sigmetallspiegel einen vorgegebenen Grenzwert, so wird der Füllvorgang automatisch beendet. Weitere Parameter, beispielsweise die Temperatur der Schmelze und die Dauer des Giessvorganges brauchen nicht mehr berücksichtigt zu werden. Im Anspruch 2 wird eine erfindungsgemäss veränderte, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens angepasste Gussform beschrieben. Diese Gussform weist einen um die Ein gussöffnung umlaufenden Kragen auf, um den ein Aufsatz mit Induktionsspulen gelegt werden kann. Dieser Kragen ist während des Füllvorganges und an dessen Ende zumindest teilweise mit Flüssigmetall gefüllt, weshalb er eine genügende Dicke aufweisen muss. Andererseits muss das die Induktionsspulen umgebende Magnetfeld zumindest teilweise den Kragen durchdringen können, weshalb er nicht zu dick sein darf. Nach Möglichkeit sollten Gussform und Kragen aus einem unmagnetischen und elektrisch nicht leitenden Material bestehen, was zum Beispiel bei Sandgussformen der Fall ist, damit die Magnetfelder im wesentlichen nur durch das eingefüllte Flüssigmetall beeinflusst werden. Im Prinzip ist jedoch die Messung auch bei nicht zu dicken, elektrisch leitenden Kragen oder bei elektrisch leitenden Gussformen denkbar. Da das Spulensystem selbst durch den Kragen geschützt ist, ist es nach Beendigung des Füllvorganges leicht abnehmbar und praktisch wartungsfrei. Natürlich müssen die Spulen aus für hohe Temperaturen geeigenten isolierten Leitern gewickelt werden. Im Anspruch 3 wird vorgeschlagen, dass der Kragen ungefähr gleich hoch ist wie der Aufsatz mit den Induktionsspulen, mindestens jedoch halb so hoch. Die gegenseitige Induktion von zwei übereinander angeordneten Induktionsspulen ändert sich am stärksten, wenn sich der Flüssigmetall- spiegel im Bereich der Mitte des Spulensystems verändert. Dort ist daher der günstigste Mess- und Regelbereich. Dementsprechend sollte der Kragen, sofern dies sich mit den übrigen Randbedingungen vereinbaren lässt, mindestens bis zur Mitte des Spulenaufsatzes reichen. In Spezialfällen sind jedoch Abweichungen von dieser Richtlinie möglich, wobei beispielsweise auch die Induktionsspulen unterschiedlich hoch sein können. Da das Spulensystem im allgemeinen aus zwei Induktionsspulen, nämlich einer Sendeund einer Empfangsspule besteht, ergeben sich noch verschiedene Variationensmöglichkeiten beim Aufbau des Spulensatzes. So muss zwar die Sendespule aus einem Leiter mit genügend grossem Querschnitt bestehen, um genügend Leistung einkoppeln zu können, jedoch kann die Empfangsspule aus einem Leiter mit geringerem Querschnitt gewickelt werden, wodurch deren Bauhöhe geringer sein kann als die der Sendespule. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 4 vorgeschlagen, dass der Kragen aus dem gleichen Material wie die Gussform besteht und an diese angeformt ist. Ein solcher Kragen kann bei der Herstellung der Gussform gleich mitgeformt werden, ohne dass dies die Herstellung erschwert. Zwar ist der Kragen auf diese Weise ein verlorenes Teil, was jedoch wegen der sonstigen Vorteile ohne weiteres in Kauf genommen werden kann. Im Anspruch 5 wird alternativ dazu vorgeschlagen, dass der Kragen aus dem gleichen Material wie die Gussform oder einem anderen Material bestehen kann und auf bzw. in die Gussform dichtend auf- bzw. eingesetzt ist. Je nach Art der Gussform kann der Kragen beispielsweise aus einem in die Einguss öffnung eingesetzten Keramikrohrstück oder dergleichen bestehen. Eine solcne Ausführung ist ebenfalls verhältnismässig kostengünstig, wobei unter Umständen das als Kragen dienende Rohrstück sogar wiederverwendbar ist. Ein solcher Kragen könnte sich auch bei Verwendung von ansonsten metallischen Gussformen anbieten. In Anspruch 6 wird in weiterer Ausgestaltung der Erfingung vorgeschlagen, dass der Kragen den inneren Rand einer zur Aufnahme des Aufsatzes mit Induktionsspulen geeigneten Nut bildet, wobei die Nut in die Oberseite der Gussform eingeformt ist. Bei der beispielsweise bei Sandgussformen üblichen Dicke der Oberseite ist es in vielen Fällen möglich eine Nut in der Oberseite der Gussform zur Aufnahme der Induktionsspulen vorzusehen. Im allgemeinen wird eine solche Nut ringförmig und konzentrisch zur Eingussöffnung sein, es sind jedoch auch andere Formen möglich. In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird in Anspruch 7 vorgeschlagen, dass die Querschnitte von Kragen und/oder Nut ungefähr rechteckig sind. Diese geometrisch einfache Form bietet sich zunächst an. Wie in Anspruch 8 vorgeschlagen, können die Querschnitte von Kragen und/oder Nut je nach den Anforderungen an Statik und Handhabbarkeit des Aufsatzes auch anders geformt sein , z. B. abgerundet oder konisch. Insbesondere eine sich konisch nach oben erweiternde Nut kann für das Einsetzen der Induktionsspulen von Vorteil sein, wobei gleichzeitig die Statik des Kragens verbessert wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 9 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 an einer erfindungsgemässen Gussform vorgeschlagen. Eine solche Vorrichtung besteht aus einem Aufsatz mit mindestens zwei Induktionsspulen, von denen mindestens eine als Sende- und eine als Empfangsspule ausgebildet sind, und einer Elektronik, welche in an sich bekannter Weise die gegenseitige Induktion der Spulen misst und dementsprechend die Zufuhr von Flüssigmetall regelt. Der Aufsatz ist so geformt, dass er um den Kragen einer Gussform gelegt werden kann. Ferner ist er mit Halterungen versehen, die eine Umsetzen von einer Gussform zur nächsten mit einfachsten Mitteln ermöglichen. Ein solcher Aufsatz mit Spulen ist ein unempfindliches, für den Giessereibetrieb geeignetes Messgerät. Die Zuleitungen zu den Induktionsspulen können vorteilhaft im Inneren der Halterungen, beispielsweise Stahlrohren, verlegt sein, wodurch ein zusAtz- licher Schutz vor Flüssigmetallspritzern erreicht wird. In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 10 vorgeschlagen, dass der Aufsatz zwei übereinanderliegende Zylinderspulen mit etwa rechteckigem Querschnitt aus hochtemperaturbeständigen Wicklungen aufweist, wobei die Spulen in Keramikmasse oder dergleichen eingebettet sein können. Prinzipiell sind, wie oben bereits erwähnt, verschiedene Anordnungen der Spulen denkbar, je nach den äusseren Begebenheiten. Besonders einfach ist jedoch der vorgeschlagene Aufbau zweier übereinander liegender Zylinderspulen, da diese sich problemlos herstellen lassen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist miV####: erfindungswesentlichen Teilen schematisch in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt Figur 1 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch eine Gussform, und zwar dem Bereich um die Einguss öffnung und Figur 2 einen Messaufsatz, passend zu der Gussform in Figur 1. In Figur 1 ist nur der durch die Erfindung veränderte Teil einer Gussform 1 dargestellt. Die erfindungsgemässe Veränderung kann bei praktisch jeder Gussform im Bereich der Einfüllöffnung vorgenommen werden. Die sonstige Ausgestaltung und Grösse der Gussform spielt solange keine Rolle, wie die ansonsten geforderten Mindestwandstärken trotz der erfindungsgemässen Ausgestaltung eingehalten werden können. Üblicherweise ist jede Gussform 1 mit einer Einfüllöffnung 3 versehen, welche im oberen Bereich 2 erweitert ist. Beim Füllen der Gussform 1 mit flüssigem Metall wird dieses in den erweiterten Bereich 2 der Eingussöffnung 3 gegossen. Während des gesamten Giessvorganges soll der Flüssigmetallspiegel 4 in dem erweiterten Teil 2 der Eingussöffnung möglichst konstant gehalten werden oder jedenfalls nur um einen kleinen Bereich Ah schwanken. Nur so können Blasen in dem Gussstück bzw. ein Überfliessen von Flüssigmetall verhindert werden. Gemäss der vorliegenden Erfindung ist um den erweiterten Bereich 2 der Eingussöffnung 3 in der Gussform 1 eine in sich geschlossene Nut 5, die sich zur Aufnahme eines Messspulenaufsatzes 13. eignet, vorgesehen. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine konzentrisch zur Eingussöffnung 2, 3 liegende ringförmige Nut von rechteckigem Querschnitt. Diese Nut 5 befindet sich in einem gewissen Abstand von der erweiterten Eingussöffnung 2, so dass sie durch stabile Stege 6 beim Einfüllvorgang von dem Flüssigmetall getrennt ist. In die Nut 5 kann ein Messaufsatz 13 mit einer Sende- 7 und einer Empfangsspule 8 von oben eingesetzt werden. Dabei soll die Nut 5 vorzugsweise so tief sein, dass die Grenze zwischen Sende- 7 und Empfangsspule 8 ungefähr in dem Bereich liegt, in dem der Flüssigmetallspiegel 4 beim Giessvorgang gehalten werden soll. Die Spulen 7, 8 bestehen vorzugsweise aus für hohe Temperaturen geeigneten Leitern, wobei sie zusätzlich in ein keramisches Material eingegossen sein können. Der -Messauf- satz 13 kann mit Hilfe von geeigneten Halterungen 9, 10 gehandhabt und umgesetzt werden, wobei diese Halterungen vorzugsweise aus Stahlrohren bestehen, in deren Inneren die elektrischen Zuleitungen zu den Spulen verlegt sein können. Figur 2 zeigt in perspektivischer Darstellung nochmals den Messauf satz 13 mit seinen Halterungen 9, 10. Wie schematisch angedeutet können die Zuleitungen zu den Spulen im Inneren der Halterungen verlegt sein, wobei diese Zuleitungen dann mittels geeigneter Verbindungsstücke 11, 12 mit der Elektronik verbunden werden können. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für die Verwendung bei nicht elektrisch leitenden Gussformen und ermöglicht eine einfache und präzise automatische Regelung des Giessvorganges.

Claims: Verfahren zur Xeqelung einer Giess- bzw. Fördereinrichtung beim Füllen einer Gussform mit Flüssiginetall und zugehörige Gussform¯ sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Patentansprüche 1. Verfahren zur Regelung einer Giess- bzw. Fördereinrichtung beim Füllen einer Gussform (1) mit Flüssigmetall, wobei die Höhe des rlüssigmetallspiegels (4) im oberen Bereich (2) der Eingussöffnung (3) der Gussform (1) mittels aufsetzbarer Induktionsspulen (7, 8) gemessen wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Die Induktionsspulen (7, 8) werden vor dem Beginn des Füllvorganges um einen um die Eingussöffnung (3) der Gussform (1) umlaufenden Kragen (6) gelegt. b) Zu Beginn des Füllvorganges wird so viel Flüssigmetall zugeführt, dass der Flüssigmetallspiegel (4) im oberen Bereich (2) der Eingussöffnung (3) bis in den von den Induktionsspulen (7, 8) umgebenen Bereich ansteigt. c) Die Änderung der gegenseitigen Induktion der Induktions spulen (7, 8) wird zur Regelung der weiteren Flüssig metallzufuhr benutzt, wobei die Zufuhr beim Übersteigen eines vorgebbaren Grenzwertes gedrosselt bzw. gestoppt und beim Unterschreiten erhöht wird, wodurch der Flüssig metallspiegel (4) während des ganzen Füllvorganges in einem gewünschten Bereich (h) bleibt. 2. Gussform, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (1) einen um die Eingussöffnung (3) umlaufenden Kragen (6) aufweist, um den ein Aufsatz (13) mit Induktionsspulen (7, 8) gelegt werden kann. 3. Gussform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (6) ungefähr gleich hoch ist wie der Aufsatz (13) mit Induktionsspulen, mindestens jedoch halb so hoch. 4. Gussform nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kragen (6) vus dem gleichen Material besteht wie die Gussform (1) und an diese angeformt ist. 5. Gussform nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (6) aus dem gleichen Material wie die Gussform (1) oder einem anderen Material besteht und auf bzw. in die Gussform (1) dichtend auf- bzw. eingesetzt ist. 6. Gussform nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kragen (6) den inneren Rand einer zur Aufnahme des Aufsatzes (13) mit Induktionsspulen (7, 8) geeigneten Nut (5) bildet, wobei die Nut (5) in die Oberseite der Gussform (1) eingeformt ist. 7. Gussform nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte von Kragen (6) und/oder Nut (5) ungefähr rechteckig sind. 8. Gussform nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t, dass die Querschnitte von Kragen (6) und/oder Nut (5) den Anforderungen an Statik und Handhabbarkeit des Aufsatzes (13) entsprechend geformt sind, z. B. abgerundet oder konisch. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 an einer Gussform nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Die Vorrichtung besteht aus einem Aufsatz (13) mit min destens zwei Induktionsspulen (7, 8), von denen min destens eine als Sende- (7) und eine als Empfangsspule (8) ausgebildet sind, und einer Elektronik, welche in an sich bekannter Weise die gegenseitige Induktion der Spulen (7, 8) misst und dementsprechend die Zufuhr von Flüssigmetall regelt. b) Der Aufsatz (13) ist so geformt, dass er um den Kragen (6) einer Gussform (1) gelegt werden kann. c) Der Aufsatz (13) ist mit Halterungen (9, 10) versehen, die ein Umsetzen von einer Gussform zur nächsten ermög- lichen. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass der Aufsatz (13) zwei übereinanderliegende Zylinderspulen (7, 8) mit etwa rechteckigem Querschnitt aus hochtemperaturbeständigen Wicklungen aufweist, wobei die Spulen (7, 8) in Keramikmasse oder dergleichen eingebettet sein können.

Inventors: BARZANTNY, JOACHIM, BIGING, ARNO, LEICH, WILFRIED
Applicants: INTERATOM GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG
Application year: 1985
Main classification: B22D35
IPC codes: B22D37, G01F23