DD206950A1

DD206950A1 - Anordnung zur ausflussleistungsregulierung einer kipppfanne

Info

Publication number: DD206950A1
Application number: DD23652481A
Authority: DD
Inventors: Frank Huebsch
Original assignee: Frank Huebsch
Priority date: 1981-12-31
Filing date: 1981-12-31
Publication date: 1984-02-15

Abstract

Die erfindung betrifft eine Anordnung zur Regulierung der Ausflussleistung einer Kippfanne fuer automatisierte Formfuellprozesse in der Giessereiindustrie. Es ist das Ziel der Erfindung, den manuellen Arbeitsaufwand zu beseitigen und die Arbeitssicherheit zu erhoehen, gleichzeitig sollen die bisher mit dem automatischen Betrieb verbundenen Metallverluste beseitigt, die Qualitaet der erzeugten Gussstuecke durch die exakte Einhaltung eines optimalen Formfuellprozesses verbessert und der Aufwand fuer die Anpassung an wechselnde Gussortimente bzw. Kenndaten der Vergiesseinrichtung verringert werden. Aufgabe der Erfindung ist es,eine Anordnung zu schaffen, die es erlaubt, die Ausflussleistung einer Kippfanne dem unterschiedlichen Schluckvermoegen der Giessform waehrend des Formfuellprozesses so anzupassen, dass die Kippfrequenz minimiert wird. Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch geloest, dass das elektro-hydraulische System zur Erzeugung der Bewegung der Kippfanne durch eine Anordnung, bestehend aus einem Frequenzmesser, einem Frequenzgeber, einem Vergleicher, einem Spannungserniedriger bzw. Spannungserhoeher, einem Taktgeber, einem Spannungsbegrenzer, einem Sollwertgeber, einem Zeitglied, einem Mikroprozessor und zwei Stelleinheiten so geregelt wird, dass die fuer eine Formfuellung benoetigte Zahl von Kippbewegungen einem Minimum zugefuehrt wird.

Description

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' Titel der Erfindung Anordnung zur Ausflußleistungsregulierung einer Kipppfanne

Anwendungsgebiet der Erfindung

_f--- Die Anordnung eignet sich zur Regelung und Steuerung von iOrmfüllprozessen mit Kipppfannen insbesondere von automatisierten Vergießeinrichtungen in der Gießereiindustrie.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist eine Anlage bekannt, welche das Pullen von Gießformen mit unterschiedlichem Schluckvermögen durch Anpassung der Gieß leistung der Vergießeinrichtung ermöglicht (US - PS 4 134 444) Als Führungsgröße tritt hierbei der Badstand im Eingußtrichter der Gießformen auf. über einen Hydraulikantrieb wird die Bewegung der Kipppfanne entsprechend der Pührungsgröße gesteuert Der vorgeschlagenen Anlage haftet der !lachteil an, daß nur bestimmte den Regelverhalten angepaßte Sortimente mit geome-("": trisch vorgegebenen lingußtrichter einwandfrei abgegossen

werden können. Dies ist dadurch bedingt, daß die Umsetzung der Führungsgröße "Badstand" in eine Bewegung der Kipppfanne und damit in eine entsprechende Ausflußleistung Probleme aufwirft. Bei praktischen Versuchen zeigt sich, daß eine Umschaltung der Kipprichtung mittels hydraulischem Wegeventil zu oszil-

lierenden Bewegungen der Pfanne führen kann, die den Badspiegel zu Schwingungen anregen, welches wiederum zu starken Schwankungen der Ausflußleistung aus der Pfanne führt. Im Resu! tat dieses Regelverhaltens ist es nicht möglich, ein über- ode: Unterschreiten vorgegebener maximaler- und minimaler Badstände im-Eingußtrichter zu vermeiden, wenn.davon ausgegangen wird,

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daß die derzeitig verwendeten Eingußtrichter zwischen 0,6 dnr

3 bis 2,5 dm 'zum Einsatz gelangen sollen. Ein Vergleich dieses Fcrmfüllprozesses mit einer manuell abgegossenen Form zeigt, daß die Automatik zwar schneller reagiert, aber nicht die hohe Flexibilität des Gießers besitzt, welcher nach mehrmaligem Abguß eines Sortiments es versteht, die Pfannenbewegung vorausschauend zu steuern und demzufolge mit wenig wechselnden Kippbewegungen der Pfanne auszukommen vermag.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, durch Automatisierung des Formfüllprozesses den manuellen Arbeitsaufwand zu beseitigen und dadurch die Arbeitsbedingungen, insbesondere die Arbeitssicherheit, in der Gießerei zu verbessern. Gleichzeitig sollen die bisher mit dem automatischen Betrieb verbundenen Metallverluste durch überlaufen beseitigt, die Qualität der erzeugten Gußstücke durch die exakte Einhaltung eines optimalen Formfüllprozesses verbessert und der Aufwand für die Anpassung der automatischen Einrichtung an wechselnde Gußsortimente bzw. die technischen, insbesondere geometrischen, Kenndaten wechselnder Vergießeinrichtungen verringert v/erden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung Ii^t die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zur Ausflußleistungsregulierung von Kipppfannen zu schaffen, die . es erlaubt, die unterschiedlichen Metallkapazitäten, die eine Gießform während des Füllprozesses benötigt, durch Veränderung der Ausfiußleistung einer Kipppfanne auszugleichen, wobei unterschiedliche Metallaufnahmecharakteristika von verschiedenen Gußstücksortimenten ohne Veränderung der Anordnung mit hoher Flexibilität bei minimalem Volumen des Eingußtrichters ausgeglichen werden können. Die Anordnung soll es ebenfalls ermöglichen, unterschiedliche Pfannengeometrien der Kipppfannen zu berücksichtigen und entsprechende Steuerimpulse auszulösen, so daß sich ein optimaler Metalldurchsatz für die Gießform ergibt.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß das elektrohydraulisch^ System zur Erzeugung der Kippbewegung der Kipppfanne durch eine Anordnung, bestehend aus einem Frequenzmesser einem Frequenzgeber, einem Vergleicber, einem Spannungserniedriger, einem 3pannungserhöher, einem Taktgeber, einem Regulator, einem Spannungsbegrenzer und einem Zeitglied so geregelt wird, daß die für eine Formfüllung benötigte Zahl von Kippbewegungen einem Minimum zugeführt wird. Die erfindungsgemäße Anordnung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, das ein Prozessoi vorgesehen ist, welcher nach einem Algorithmus auf der Grundlag der Integralgleichung V= JjJ dH die Steuersignale für die Bewegung der Kipppfanne so auslegt, daß eine drehwinkelunabhängi£ ( Ausflußleistung aus der Kipppfanne gewährleistet wird. Durch di Einbindung eines Zeitgliedes wird erreicht, daß zu Beginn des Formfüllprozesses eine erhöhte Kippgeschwindigkeit der Kipppfai realisiert wird, womit ein schnelles Füllen des Singußtrichters der jeweiligen Gießform erreicht wird. Die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt, daß durch ein analoges oder digitales elektrisches Signal eine stetige Veränderung der Kippgeschwindigke:

bzw. ein weiches Umschalten der Kipprichtung herbei geführt Wi; In Abhängigkeit von der Veränderung der Führungsgröße "Badstan< wird dabei der Steuer- oder Regelprozeß durch die erfindungsgei Anordnung selbst beeinflußt und den Prozeßbedingungen optimal ; geglichen. Versuche zur optimalen Anpassung der Gießleistungen unterschiedliche' Metallaufnahmecharakteristika zeigen, daß vor ; ^v~- der Angießprozeß zu Beginn der Formfüllung so geschehen muß, di der Eingußtrichter schnell mit Metall gefüllt wird. In dieser Phase muß die zugeführte M_etallmenge um einen bestimmten Betra, größer sein als das Metallaufnahmevermögen der Gießform. Ist diese Bedingung nicht vollständig erfüllt, kann entweder der Eingußtrichter nicht exakt gefüllt werden (es können Schlacketeilchen in die Form gelangen bzw. die Gießzeit verlängert sie da die notwendige Druckhöhe nicht gewährleistet ist) oder der Eingußtrichter läuft über, da die seitlich zugeführte Flüssigmetallmenge zu hoch war. Infolge dieser ungünstigen Anpassung kommt es-dann zu Steuerimpulsen für die Kipppfanne, die bewirk daß die Kipppfanne ständig vor und zurück bewegt wird und wodu

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der Badspiegel in der Pfanne Besc.hleunigungsmomenten unterliegt, die zu.Schwankungen, desselben führen, wobei Instabilitäten des Regelkreises entstehen können. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich , die Ausflußleistung

j aus der Kipppfanne in Abhängigkeit von der Frequenz der Führungsgröße "Badstand't, zu beeinflußen. Hierzu wird bei jedem Formfüllprozeß die Kippfrequenz durch die erfindungsgemäße Anordnung minimiert . Entsprechend einem Ausgangswert, welcher abhängig ist vom Ablauf des letzten Formfüllprozesses, wird

) die Kippgeschwindigkeit der Kipppfanne in Abhängigkeit von der Kippfrequenz verändert. Damit kann sich das Regelsystem jeden Metalldurcbsatzvermögen der Gießform anpassen. Um unterschiedliche Kipppfanhengeometrien und damit kippwinkelabhängige Ausflußleistungen aus der Kipppfanne nicht als Störgröße für

j das Regelsystem auftreten zu lassen, ist ein Mikroprozessor angeordnet, welcher die Aufgabe hat, die Kipppfanne so zu steuern, daß sich entsprechend einer Kreissektorpfanne eine Ausflußleistung ergibt, die nahezu unabhängig vom Kippwinkel ist. Insbesondere ergibt sich bei den üblichen konisch-zyiin-

) drischen Kipppfannen eine ausfließende Flüsslgmetailmenge in Abhängigkeit vom Drehwinkel gemäß Figur 2. Mit Hilfe des Mikroprozessors ist es möglich, nach einem Algorithmus auf der Grundlage der Integralgleichung J JJ ^* ~ die Kippgeschwindig-. keit so zu steuern, daß die nichtlinearen Bereiche der Kurven gemäß Figur 2 ausgeglichen werden können und sich damit eine über dem gesamten Drehbereich der. Kipppfanne konstante Ausflußleistung ergibt.

Die Erfindung wird im fügenden anhand der Zeichnung näher erläutert Diese zeigt in Figur 1

Sine Anordnung zur Ausflußleistungsregulierung einer Kipppfanne mittels eines opto-elektronischen Meßwertaufnehmers. .

Figur 2

Eine Darstelling der Differenz der ausfließenden Flüssigmetallmenge bei konischen- Kipppfannnen in Abhängigkeit vom Drehwinkel.

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Die Anordnung gemäß Figur 1 wird für den Fall des automatischen Fornifüllens von Gießformen 2 auf automatische Formanlagen mit Vergießeinrichtungen mittels Kipppfannen vorteilhaft angewendet. Entsprechend der Flexibilität der Formanlage sind mit den verwendeten Kipppfannen 1 Gießformen 2 mit zeitlich unterschiedlicher Kapazität des Gießsystems während der Formfüllung abgießbar. Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist bei der Verwendung von konische* Kipppfannen und beim Abgießen von einem bestimmte! Gußsortiment folgende: Entsprechend den Prozeßbedingungen wird durch das Signal "Gießform ist abgußbereit" mittels nicht dargestellter Einrichtungen zur Positionierung der Gießform oder der mobilen Vergießeinrichtung der Gießprozeß eingeleitet. Damit wird die Kipppfanne 1 zum Zwecke der Formfüllung der Gießform 2 infolge eines. Differenzspannungssignals vom Regulator δ mittels des Hydraulikzylinders 21 und der elektromechanischen Stelleinheit 19 vorwärts gekippt. Dieses Differenzspannungssignal wird gewonnen durch den Vergleich des aktuellen Badstandes 4-, des Flüssigmetalls 3 im Eingußtrichter 6 mit einem mittels des Sollwertgebers 10 einstellbaren Sollbadstand 5. Mit Hilfe des Sollwertgebers ist es möglich, den Sollbadstand 5 entsprechend den technologischen Bedingungen des Gießsystems des abzugießenden Gußsortiments auf unterschiedliche Höhen innerhalb des Eingußtrichters β festzulegen. Das Zeitglied 18 hat die Aufgabe, über eine Zeitspanne ^t*die Kippgeschwindigkeit für die Vorwärtsbewegung der Kipppfanne zu erhöhen, damit der Eingußtrichter 6 schnell mit . Flüssigmetall 3 gefüllt wird. Nach Ablauf der Zeitspanne δ? wird die Kippgeschwindigkeit der Kipppfanne 1 auf einen Wert gedrosselt, der vom Regulator 8 bereitgestellt wird und der abhängig ist vom Taktgeber 11 und dem Spannungserhöher 15 bzw. Spannungserniedriger 16. Der optoelektronische Meßwertaufnehme: arbeitet im Ausführungsbeispiel auf der Basis eines ladungsgekoppelten Elementes (CCD-Kamera). Dieses erzeugt im Zusammen· hang mit dem Regulator 8 im Vergleich des momentanen Baä.-standes-4 mit einem vorgesehenen·Badstand· 5 eine Differenz-

spannung aU , deren Hohe abhängig ist von der Größe der Abweichung des momentanen Badstandes 4 vom Sollbadstand 5. Die Polarität dieser Differenzspannung ist abhängig davon, ob der aktuelle Badstand 4 vom vorgegebenen Sollbadstand 5 über- oder unterschritten wird. Weiterhin wird in Abhängigkeit der Polarität dieser Differenzspannung entweder die Stelleinheit 19 für Vorwärtskippen geschlossen, das heißt, der Zufluß zum Hydraulikzylinder 21 unterbrochen (bei Überschreiten des Badstandes 5) und die Stelleinheit für Rückwärtakippen geöffnet,

d. h., der Abfluß vom Hydraulikzylinder 21 geöffnet, oder die Umkehrung wird eingeleitet (.Stelleinheit. 1S für Vorwärtskippen ist geöffnet, Stelleinheit 20 für Rückwärtskippen ist geschlossen). Ist der Badstand 4 mit dem Sollbadstand 5 identisch, so ist die Differenzspannung gleich Null und beide

!5 Stelleinheiten, 19 und 20, sind geschlossen, daß heißt, die Kipppfanne 1 verharrt im Zustand der Ruhe. Der Mikroprozessor hat die Aufgabe, innerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung die Stelleinheiten 19 und 20 über den Regulator 8 so zu steuern, daß die Ausflußleistung der Kipppfanne 1 nicht vom Kippwinkel abhängt. Praktische Versuche zeigen, daß es nicht ausreichend ist, die maximale und minimale Kippgeschwindigkeit der Kipppfanne 1 fest vorzugeben. Bei Sortimentswechsel, Veränderung des Singußtrichters oder Veränderung der Kipppfannengeometrie ergeben sich starke Veränderungen entweder der zeitlich abhängigen Metallkapazität des Gießsystems der Gießform 2 und / oder der Ausflußleistung der Kipppfanne 1, die ein automatisches Abgießen ohne eine Anpassung der Steuerparameter unmöglich machen. Ss zeigt sich, daß beim manuellen Abgießen · ^ron. Gießformen mittels Kipppfannen Ί eine große Bedeutung der Minimierung der Kippfrequenz zukommt, da anderenfalls der Flüssigmetallspiegel in der Kipppfanne 1 schwingt und dadurch die Ausflußleistung nachteilig beeinflußt. Sin geübter Gießer weiß daher vorausschauend die Kippbewegung so zu steuern, daß die Kippgeschwindigkeit im optimalen Bereich liegt und die Kipppfanne während eines Formfüllprozesses fast nur vorwärts gekippt wird.

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Während des automatischen Formfüllprozesses mittels Kipppfanne ist es Aufgabe der erfindungsgemäßen Anordnung, die Minimierung der Kippfrequenz zu ermöglichen. Dies geschieht dadurch, daß der Frequenzmesser 13 die Kippfrequenz der Kipppfanne, die etwa im Bereich zwischen 0,1 Herts bis 1 Hertz liegen kann, ermittelt und einem Vergleicher 14 Zuführt. Der Frequenzgeber 12 ermöglicht die Vorwahl einer Grundfrequenz f„ , die entsprechend den gießtechnologischen Bedingungen der abzugießenden Sortimente vom Gießer vorgenommen wird. Über den Vergleicher 14 wird mittels Taktgeber 1 erreicht, daß die Kippgeschwindjgkeit der Kipppfanne 1 der vorgegebenen Grundfrequenz f_Q genähert wird. Dies ist dadurch möglich, daß nach Ablauf einer Zeitspanne , die vom Taktgeber 11 bestimmt wird, entweder der Spannungserhöher die Kippgeschwindigkeit -erhöht (Kippfrequenz der Kipppfanne 1 ist zu klein, bzw. Kippgeschwindigkeit zu gering) oder der Spannungserniedriger die. Kippgeschwindigkeit herab setzt (Kipi geschwindigkeit ist zu hoch, deswegen wird über die Kamera un< den Regulator die Kipppfanne zu häufig vor- und zurück gekipp" Die schrittweise Veränderung der maximalen Kippgescbwindigkei" der Kipppfanne ermöglicht somit die optimale Kippgeschwindigkf für den jeweiligen Formfüllpro zeß einzustellen und die Kippfrequenz damit zu minimieren. Mit Hilfe der Einstellung des F: quenzgebers 12, des Taktgebers 11 und der Größe der Spannungs· stufen des Spannungserhöhers-15 bzw. des Spannungserniedrigen 16 ist es möglich, .die unterschiedlichsten gießtechnologischei Bedingungen des Formfüllprozesses an flexiblen Hochleistungsformanlagen zu erfüllen. Der gewünschte Sollbadstand 5 im Eingußtriehter 6 kann in Abhängigkeit vom Gußsortiment und von der Geometrie des Eingußtrichters 6 über den Sollwertgeber 10 vorgewählt werden. Der Spannungsbegrenzer 17 hat die Aufgabe, die Steuerspannungen für die elektromechanischen Stelleinheiten 19 und 20 so zu begrenzen, daß nur.zulässige, auf den Regelbereich der elektro-mechanischen Stelleinheiten 19 und 20 abgestimmte Spannungen, anliegen können.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Anordnung zur Ausflußleistungsregulierung einer Kipppfanne mit einem am Badstand des Flüssigmetalles im Eingußtrichter der Gießform orientierten Regler dadurch gekeimzeichnet, daß mittels eines Frequenzmessers (13), einem Frequenzgebar (12), einem Vergleicher (H), einem Spannungserhöher (15), einem Spannungserniedriger (16), einem Taktgeber (11), einem Regulator (8), einem Sollwertgeber (10), einem Zeitglied (18), einem Mikroprozessor (9), , einem Spannungsbegrenzer (17) und zwei elektromechanischen Stelleinheiten (19, 20) die hydraulisch gesteuerte Bewegung einer Kipppfanne (1) adaptiv so geregelt wird, daß die Frequenz der Kipppfanne während eines Formfüllprozesses minimiert wird.
2. Anordnung, nach Pkt. 1 dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Mikroprozessors (9), welcher nach einem Algorithmus auf der Grundlage der Integralgleichung ^-SSS^^ arbeitet, die Steuersignale für die hydraulisch angetriebene Kipppfanne (1) so auslegt, daß die aus der Kipppfanne (1) ausfließende Flüssigmetallmenge nicht vom Drehwinkel der Kipppfanne (1) abhängt.
3. Anordnung nach Pkt. 1 dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Zeitgliedes (18) zu Beginn des Formfüllprozesses eine erhöhte Kippgeschwindigkeit auf die Kipppfanne (1) wirkt, damit ein schnelles Füllen des Eingußtrichters (6) gewährleistet ist.

Hierzu. JLJeiteii Zeichnungen