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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von
Formsand.
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Das
Gießen ist wahrscheinlich das wichtigste Urformverfahren.
Dabei wird eine Schmelze des zu verarbeitenden Werkstoffs in eine
Form gegossen, in der er dann erstarrt und das herzustellende Gußteil bildet.
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Häufig
kommen sogenannte verlorene Formen zum Einsatz. Diese Formen werden
aus Formsand, d. h aus Quarzsand und einem Bindemittel, hergestellt.
Diese Formen werden meist durch Abformen von Modellen erstellt.
In die Form wird dann der flüssige Werkstoff eingefüllt.
Nach der Erstarrung des Werkstoffs kann der Formsand entfernt werden,
d. h das Gußteil entformt werden, wobei die Form zerstört wird.
Daher wird diese Art der Form als verlorene Form bezeichnet.
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Um
eine optimale Formherstellung zu gewährleisten, muß der
Sand u. a. mit geeigneten Bindemitteln versetzt werden. Bei der
Formherstellung wird daher grundsätzlich darauf geachtet,
daß der zu verwendende Formsand möglichst gut
an den Werkstoff angepaßte Eigenschaften aufweist. Dabei
ist beispielsweise das verwendete Gußmaterial und die damit
verbundene Schmelztemperatur aber auch die Außen- und gegebenenfalls
Innenkontur des Formteils zu beachten.
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Die
Qualität des Formsands hängt im wesentlichen von
dem Ton- bzw. Schlämmgehalt, von der Korngröße
und der Kornverteilung, von der Form und der Oberfläche
der Quarzkörper, von der Art und der Menge der Begleitmaterialien,
vom Feuchtigkeitsgehalt und vom Grad der Verdichtung ab.
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Der
gebrauchte Formsand wird in der Regel aus Kosten- und Umweltschutzgründen
möglichst vollständig aufbereitet und wiederverwendet,
zumal pro Gewichtseinheit Guß im allgemeinen 5 bis 15 Gewichtsanteile
Formsand anfallen. Mindestens 90% des gebrauchten Formsandes kann
aufbereitet und dem Formkreislauf wieder zugeführt werden,
da die Rinderhüllen größtenteils noch
wirksam sind, so daß lediglich Wasser und gegebenenfalls
Bindemittel zugeführt werden muß. Ein Teil des
Altsandes wird aus dem Kreislauf ausgeschleust und durch frisches
Einsatzmaterial ersetzt.
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Häufig
werden tongebundene Formsande verwendet, die in der Regel nach dem
Abgußprozeß wieder einem Aufbereitungsprozeß zugeführt
werden, wo dem Altsand wieder in ausreichender Menge Wasser, Bindemittel
(z. B. Bentonit), Additive (z. B. Kohlenstaub) und Neusand zugemischt
werden.
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Die
Aufbereitung findet im allgemeinem in einem Mischer und häufig
unter Vakuum statt, um den Formsand gleichzeitig abzukühlen.
Bei der Aufbereitung ist darauf zu achten, daß das Bindemittel
die Quarzsandkörner möglichst gut umschließt.
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Das
Ziel dieser Aufbereitung ist es, das der den Mischer verlassende
aufbereitete Sand eine gleichmäßige Qualität
besitzt. Die Qualität des Gießereialtsandes schwankt
jedoch durch die thermische Belastung beim Gußprozeß in
Abhängigkeit von dem jeweiligen Produktionsprogramm, so
daß ständig Altsand mit schwankendem Feuchte-
und Schlämmstoffgehalt in die Aufbereitungsanlage zurückgeführt
wird.
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Das
Ziel einer gut funktionierenden Aufbereitung besteht deshalb immer
darin, Schwankungen im Altsand zu erkennen und diese, durch in den
Aufbereitungsprozeß eingreifende Korrekturmaßnahmen, wie
Anpassung der Wasserzugabemenge oder des Binderanteils, zu korrigieren.
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Hierfür
sind die unterschiedlichsten Verfahren im Einsatz. Beispielsweise
wird in dem aus der
DE 32 20
662 bekannten Verfahren in der Regel mit einem dem Mischer
nachgeschalteten oder dem Mischer direkt eine Probe entnehmendem
Meßgerät die Verdichtbarkeit sowie weitere Meßgrößen
wie beispielsweise die Druckfestigkeit und/oder Scherfestigkeit
direkt ermittelt. Zusätzlich wird die Feuchte des Altsandes
im Mischer zur Korrektur der Wasserzugabemenge über einen
Feuchtesensor direkt ermittelt und auf der Basis der erfaßten
Werte Verdichtbarkeit und Feuchte korrigierend in die Wasserzugabe
sowie die Zuschlagstoffzugabe zur Erzielung einer konstanten Formsandqualität
des aufbereiteten Formsandes eingegriffen.
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Der
Nachteil all dieser Verfahren ist die Notwendigkeit einer oder mehrerer
zusätzlicher mehr oder weniger aufwendiger Meßgeräte
zur Bestimmung der Feuchte sowie der betrachteten Sandparameter.
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Aus
der
CH 517 541 ist ein
Verfahren zur Regelung der Feuchte von Mischgütern bekannt,
bei der die Wasserzugabe in Abhängigkeit von mehreren einstellbaren
Werten der Wirkleistung des Motors eines Hilfswerkzeuges intermittierend
in zwei oder mehr Stufen mit veränderlichen Zugabe- und
Pausenzeiten in die Mischung erfolgt, bis sukzessive ein voreingestellter
Sollwert erreicht wird. Da die Veränderung der Motorleistung
nach Zugabe einer gewissen Wassermenge nicht schlagartig stattfindet,
sondern erst eine gewissen Mischzeit notwendig ist, bis ein stationärer
Zustand und damit ein konstanter Meßwert erreicht wird,
verändert sich die Mischzeit in Abhängigkeit von
der notwendigen Gesamtwassermenge deutlich. Um eine gleichmäßige
Sandqualität zu erzielen, ist neben einer möglichst
konstanten Feuchte auch eine konstante Mischzeit bei einer ausreichend
hohen Wassermenge notwendig, die mit dem vorgenannten Verfahren
jedoch nicht erzielbar ist.
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Die
DE 2053936 beschreibt eine
Weiterentwicklung der
CH 517 541 bei
der neben der Stromaufnahme des schnell laufenden Hilfswerkzeugs
zusätzlich die Stromaufnahme des drehenden Mischbehälters
zu genaueren Bestimmung der Mischgutfeuchte herangezogen wird. Die
Wasserzugabe erfolgt auch hier wieder sukzessive in mehreren Teilschritten
in die momentan aufzubereitende Formsandmenge über die
Steuerung von Magnetventilen in Wasserzuführleitungen.
Zusätzlich wird zur Korrektur der Wassermenge ein Temperatursignal
in die Berechnung einbezogen. Auch diese verbesserten Lösung
führt zu unnötig langen und vor allem unter schiedlich
langen Naßmischzeiten, da nach jeder Zugabe einer Teilmenge
Wasser das Mischgut wieder eine gewisse Zeit benötigt,
bis es dem Mischwerkzeug einen konstanten größeren
Widerstand entgegensetzt.
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In
der
DE 1947566 ist ein
Verfahren mit einem kontinuierlich mit einen Formsand durchströmten
gegenüber der horizontalen geneigten Trommelmischer offenbart,
bei dem die Motorleistung der rotierenden Mischtrommel zur Regelung
der Feuchtezufuhr verwendet wird. Bei variierender Zugabemenge bzw.
variierenden Eingangsfeuchte des zugeführten Formsandes ändert
sich auch hier der Schüttkegel in der Trommel und somit
die Masse an Feststoff sowie die Leistungsaufnahme des Motors, so
daß langwellige Schwankungen in den Eigenschaften des Altsandes
damit nicht ausgeglichen werden können.
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In
der
US 3838847 ist ein
weiterentwickeltes Verfahren der
DE
1947566 beschrieben, bei dem ein kontinuierlich mit Formsand
durchströmter, gegenüber der horizontalen geneigten
konischer Trommelmischers in Abhängigkeit des Drehmomentes
eines im Gegenstrom zum Mischbehälter arbeitenden Mischwerkzeuges
mit Flüssigkeit beaufschlagt wird, so daß das
am Mischwerkzeug anstehenden Drehmoment konstant ist.
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Nachteilig
bei dieser Lösung ist, daß die Verweilzeit im
Mischer nicht gezielt gesteuert werden kann und von der Dosierleistung
des Zuführbandes abhängt. Hinzu kommt, daß der
Schüttwinkel des einströmenden Formsandes im Trommelmischer
stark von der Eingangsfeuchte abhängt und somit das Mischwerkzeug
unterschiedlich stark mit Formsand bedeckt ist, was wiederum die
Motorleistung stark beeinflußt. Da zudem auch hier wieder
nach der Wasserzugabe der Formsand eine gewisse Zeitspanne benötigt,
bis das Wasser zu einer merklichen Veränderung des Widerstandes
und damit der Leistungsaufnahme führen kann, führt
dieses Verfahren leicht zu einer Überfeuchtung des Formsandes.
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Ähnlich
verhält es sich mit dem in der
DE 1301874 beschriebenen diskontinuierlichen
Verfahren, bei dem die Wasserzugabe nach Vorlage des Altsandes kontinuierlich
in die Mischung erfolgt bis eine gewisse Leistungsaufnahme am Rotor
gemessen wird. Durch die zeitverzögerte Reaktion des Mischgutes
auf die Wasserzugabe und die in der Schrift aufgezeigte extrem starke
Abhängigkeit der Stromaufnahme von sehr kleinen Feuchteänderungen
im Bereich der gewünschten Endfeuchte kann diese Verfahrensweise
zu einer schnellen Überfeuchtung des Mischgutes führen.
Aufgrund dieses Mangels wurde vom gleichen Erfinder die in der
DE 2053936 und
CH 517541 beschriebene sukzessive Wasserzugabe
in Teilmengen mit entsprechenden Pausenzeiten zwischen den Zugabeschritten
entwickelt.
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Die
JP 56053844 beschreibt
ein Verfahren zur Korrektur der Formsandqualität durch
schwankende Feststoffeinwaagen, die sich aus der zeitgesteuerten
Zugabe des Altsandes in einen Vorlagebehälter ergeben durch
Wirkleistungsmessung an einem Kollerantrieb. In dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird in einem Kollermischer gleichzeitig die Feuchte und
der Bentonitgehalt des Altsandes auf der Basis der Motorleistungsdifferenz
zwischen einem Meßwert nach Zugabe des Altsandes in den Mischer
und einem zweiten Meßwert nach Zugabe einer vordefinierten
Wasser- und Bindermenge sowie einer fest vorgegebenen Mischzeit
korrigiert.
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Die
Nachbeschickung der fehlenden Wasser- und Bindermenge erfolgt nach
einer zweiten Messung in die gleiche Formsandmenge auf der Basis
des experimentell ermittelten Zusammenhanges zwischen Feuchtegehalt
und Motorleistungsdifferenz sowie Bindergehalt und Motorleistungsdifferenz.
Die gleichzeitige Korrektur zweier Betriebsgrößen, Feuchte
und Bentonitgehalt, die auch noch voneinander abhängig
sind, auf der Basis nur einer Meßgröße
Motorleistungsdifferenz bei gleichzeitig nicht konstanter Füllmenge
im Mischer sowie schwankender Altsandzusammensetzungen führt
zwangsläufig eher zu größeren als zu
kleineren Schwankungen in der Formsandqualität.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren mit einem
einfachen Regelsystem zur Steuerung der Verdichtbarkeit eines Umlaufformsandes
bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung
von Formsand mit den Schritten:
- a) Aufteilen
des aufzubereitenden Formsands in mindestens zwei Formsandmengen,
- b) Zugeben einer ersten aufzubereitenden Formsandmenge in einen
Mischer,
- c) Bewegen eines im Mischer vorgesehenen Mischwerkzeugs,
- d) Messen der für die Bewegung des Mischwerkzeugs notwendigen
Kraft,
- e) Bestimmen der Ist-Verdichtbarkeit der im Mischer befindlichen
Formsandmenge aus der gemessenen Kraft,
- f) Bestimmen der Differenz zwischen der Ist-Verdichtbarkeit
und einer Soll-Verdichtbarkeit,
- g) Bestimmen der der im Mischer befindlichen Formsandmenge zuzufügenden
Wassermenge aus der Differenz,
- h) Zufügen der unter g) bestimmten Wassermenge zu der
Formsandmenge,
- i) Bewegen des im Mischer vorgesehenen Mischwerkzeugs während
einer vorbestimmten Zeitperiode,
- j) Messen der für die Bewegung des Mischwerkzeugs notwendigen
Kraft,
- k) Bestimmen der Ist-Verdichtbarkeit der aufbereiteten ersten
Formsandmenge aus der gemessenen Kraft,
- l) Bestimmen der Differenz zwischen der Ist-Verdichtbarkeit
und der Soll-Verdichtbarkeit,
- m) Bestimmen einer Wasserkorrekturmenge und/oder einer Neusandkorrekturmenge
und/oder einer Schlämmstoffkorrekturmenge aus der Differenz
zwischen der Ist-Verdichtbarkeit und der Soll-Verdichtbarkeit,
- n) Wiederholen der Schritte b) bis m) mit einer zweiten aufzubereitenden
Formsandmenge, wobei vor oder zusammen mit Schritt h) die Wasserkorrekturmenge
und/oder die Neusandkorrekturmenge und/oder die Schlämmstoffkorrekturmenge
der weiteren aufzubereitenden Formsand menge zugefügt wird.
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Demnach
wird zunächst ein Teil des aufzubereitenden Formsands in
einem Mischer eingefüllt und die für die Bewegung
des Mischwerkzeuges benötigte Kraft gemessen. Diese Kraftmessung
kann am einfachsten indirekt über die Wirkleistung des Mischers
gemessen werden. Grundsätzlich ist es nicht notwendig einen
exakten Meßwert für die benötigte Kraft
zu ermitteln, es reicht vielmehr völlig aus, eine Größe
zu messen, die ein Maß für die benötigte Kraft
darstellt, da für das Verfahren weniger die Kraft, sondern
vielmehr die Verdichtbarkeit des Formsands von Bedeutung ist. Es
gibt viele Methoden, die Verdichtbarkeit von Formsand zu messen.
Wird beispielsweise der Formsand in einen Meßzylinder gefüllt
und mit einem definierten Preßdruck verdichtet, so bezeichnet
man die Füllhöhenabnahme des Formsands im Meßzylinder
in % als Verdichtbarkeit.
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Aus
der
DE 3220662 ist bekannt,
daß die Verdichtbarkeit des Formsandes bei konstantem Schlämmstoffgehalt
in etwa linear vom Befeuchtungsgrad bzw. dem Feuchtegehalt abhängt.
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Dieser
Zusammenhang gilt erfahrungsgemäß nur für
Feuchtigkeitswerte oberhalb von 2%. Unterhalb einer Feuchte von
2% ist der Zusammenhang stark nichtlinear, da der Formsand noch
keine ausreichend Bindigkeit der Sandkörner besitzt. Die
Verdichtbarkeit nimmt mit steigendem Schlämmstoffgehalt
zu.
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Beispielsweise
wird der Mischer über eine gravimetrische Feststoffwaage
mit einer konstanten Menge Altsand beschickt. Nach vollständiger
Zugabe des Altsandes in den Mischer wird die Leistungsaufnahme des
Antriebsmotors MP1 erfasst und über
die experimentell ermittelte Eichkurve zwischen Motorleistung und
Feuchte in einen Ist-Feuchtewert F1 umgerechnet.
Aus dem bekannten Zusammenhang zwischen Feuchte und Verdichtbarkeit
bei gegebenem Schlämmstoffgehalt SG wird aus der Soll Verdichtbarkeit
VSoll die notwendige Soll-Feuchte FSoll errechnet und die sich daraus ergebene
Feuchtigkeitsdifferenz ΔF1 durch
eine einmalige Wasserzugabe in den Mischer ausgeglichen.
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Nach
Zugabe der Wassermenge wird der Formsand eine voreingestellte Mischzeit
im Mischer aufbereitet und am Ende der Aufbereitung dieser Formsandmenge
kurz vor der Entleerung ein zweiter Messwert MP2 für
die Wirkleistung des Mischwerkzeuges aufgenommen. Über
den bekannten Zusammenhang zwischen Wirkleistung und Feuchte lässt sich
somit eine Ist-Feuchte F2 bzw. Ist-Verdichtbarkeit
V2 des Formsandes ermitteln. Aufgrund von Schwankungen
im Schlämmstoffgehalt des Altsandes kann dies nun zu Abweichungen
zwischen der Soll-Verdichtbarkeit VSoll und
der gemessenen Ist-Verdichtbarkeit V2 führen.
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Die
sich aus der Abweichung ergebende Verdichtbarkeitsdifferenz ΔV2 wird nun über eine festgelegte
Korrekturfunktion in einen Feuchtekorrekturwert Fkorr umgerechnet,
der in der nachfolgend aufzubereitenden Formsandmenge bei der Bestimmung der
notwendigen Zugabewassermenge entsprechende Berücksichtigung
findet. FSoll,i =
F1,i + ΔF1 – FKorr,i + FEvap(Ti)
mit FKorr,i =
FKorr,i-1 + FKorr (ΔV2,i-1) (1)wobei
sich i auf die Chargennummer bezieht, d. h. i = 1 für die
erste Formsandmenge, i = 2 für die zweite Formsandmenge
usw.
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Die
Aufbereitung der nachfolgenden Formsandmengen wird daher durch die
Korrekturmessung, die bei der unmittelbar vorangegangene Formsandmengenaufbereitung
nach der Aufbereitung durchgeführt wurde, beeinflußt.
Durch diesen korrigierenden Eingriff in die Aufbereitung der nachfolgenden
Formsandmenge kann zum einen die Mischzeit im Mischer konstant gehalten
und zum anderen langwellige Schwankungen in der Altsandzusammensetzung
ausgeglichen werden. Es erfolgt hierüber eine selbsttätige
Anpassung der Korrekturwassermengen an allmähliche Veränderungen
in der Sandzusammensetzung. Mit anderen Worten wird die Verdichtbarkeit
am Ende der Aufbereitung kontrolliert und – falls eine
Abweichung zum Sollwert festgestellt wird – die Aufbereitung
zukünftiger Formsandmengen entsprechend angepaßt.
Der Korrekturwert wirkt sich somit nicht mehr auf die Formsandmenge
aus, bei welcher die Abweichung festgestellt wurde, sondern nur
auf nachfolgend aufzubereitende Formsandmengen.
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Falls
der aufbereitete Formsand eine gegenüber der Umgebung erhöhte
Temperatur hat, kommt es nach der Wasserzugabe zur Verdunstung eines Teils
des zugegebenen Wassers in den dem Mischer nachgeschalteten Anlagenteilen
wie beispielsweise dem Abzugsband. Um diesen Feuchteverlust auszugleichen
wird in einer bevorzugten Ausführungsform aus der Temperatur
des Altsandes über eine Energiebilanz auf die zu erwartende
Feuchtigkeitsabnahme durch Verdunstung geschlossen und diese zusätzlich Feuchtemenge
FEvap(T) ebenfalls dem Formsand zugefügt.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird der Mischer während
der Aufbereitung evakuiert. Dadurch kommt es zu einer Siedepunkterniedrigung des
im Formsand enthaltenen Wassers, so daß zumindest ein Teil
des Wasser verdampft und aufgrund der benötigten Verdampfungsenergie
der verbleibende Formsand effektiv gekühlt wird. Da der
wiederaufzubereitende Formsand meist direkt der ausgepackten Form
entnommen wird, ist er ohnehin für eine weitere Verarbeitung
zu heiß und muß abgekühlt werden. Eine
Aufbereitung unter Vakuum verkürzt nicht nur den Aufbereitungsprozeß,
sondern führt auch zu einer besseren Qualität
des aufbereiteten Formsands.
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Um
die Feuchte des Formsandes beizubehalten, wird daher bei dieser
Aufbereitungsvariante dem Formsand zusätzlich zur Verdunstungswassermenge,
die sich in diesem Fall aus der Endtemperatur des aufbereiteten
Formsandes, die mit den eingestellten Enddruck korrespondiert, ergibt,
vor der Aufbereitung exakt die Wassermenge FCool zugeführt,
die notwendig ist, um den Formsand von seiner Ist-Temperatur auf
die Soll-Temperatur abzukühlen. Dazu kann wiederum eine
Messung der Temperatur des nicht aufbereiteten Formsands verwendet
werden, wobei die Temperaturmessung in der Altsandzuführung
erfolgen kann.
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Die
Temperatur des Altsandes, der z. B. über Altsandbänder
zur Waage gefördert wird, wird dabei auf dem Weg zur Waage
erfaßt und für die nachfolgende Wasserkorrektur
zum Ausgleich der Verdunstungswassermenge oder bei Aufbereitung
unter Vakuum zur Bestimmung der Wassermenge, die zur Verdampfungskühlung
genutzt wird, verwendet.
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Dabei
wird der temperaturabhängige Wasserverlust FEvap(T)
durch Verdunstung über die im Altsand zuvor gemessene Altsandtemperatur
oder aus der aus dem Enddruck der Vakuumauf bereitung über die
Dampfdruckkurve des Wassers berechneten Siedetemperatur auf bekannte
Weise über eine Energiebilanz berechnet und zusätzlich
der Mischung zugeführt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform unterteilt
sich die Korrekturfunktion der Feuchtekorrektur in Abhängigkeit
der ermittelten Feuchtedifferenz zwischen Ist-Verdichtbarkeit und Soll-Verdichtbarkeit
am Ende der Aufbereitung in 3 Abschnitte. In einem ersten Abschnitt,
folgt die Korrekturfunktion einem Polynom n-ter Ordnung mit n > 1, so daß kleine
Abweichungen nur zu sehr kleinen Änderungen in der Feuchtezugabe
führen und größere Abweichungen stärker
berücksichtigt werden. In einem 2. Abschnitt, der sich
direkt an den 1. Abschnitt anschließt, folgt die Feuchtekorrektur
einem linearen Zusammenhang, während sie in einem 3. Abschnitt, der
sich direkt an den 2. Abschnitt anschließt, auf einen festgelegten
Maximalwert begrenzt ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die
Korrektur der Verdichtbarkeitsdifferenz alternativ oder in Kombination
durch Zugabe von Neusand oder einer Mischung aus Feinststoffen wie
Bentonit, Kohlenstaub und Filterstaub zu der Mischung. Nach vollständiger
Zugabe einer definierten und gravimetrisch überprüften
Feststoffmenge in den Mischer wird die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors
erfaßt und über die Eichkurve zwischen Motorleistung
und Feuchte in einen Ist-Feuchtewert umgerechnet. Die Differenz
zu einer zuvor fest definierten Endfeuchte unter Berücksichtigung
der Verdunstungswassermenge auf Basis der im Altsand ermittelten
Temperatur wird durch Wasserzugabe in die Mischung ausgeglichen. FSoll,i = F1,i,
+ ΔF1 + FEvap(Ti) (2)
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Nach
Zugabe der gesamten Wassermenge wird eine voreingestellte Mischzeit
der Formsand im Mischer aufbereitet und am Ende der Aufbereitung dieser
Formsandmenge kurz vor der Entleerung ein zweiter Meßwert
für die Wirkleistung des Mischwerkzeuges erfaßt. Über
den bekannten Zusammenhang zwischen Wirkleistung und Feuchte bzw.
der Verdichtbarkeit bei gegebenem Schlämmstoffgehalt, wird
die Differenz zwischen der Soll- und Ist-Verdichtbarkeit ermittelt.
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Diese
so ermittelte Verdichtbarkeitsdifferenz wird nun über eine
abschnittsweise definierte Korrekturfunktion in einen Korrekturwert
zur Korrektur der Schlämmstoffgehaltes in der Rezeptur
umgerechnet, der in der nachfolgenden Aufbereitung einer anderen Formsandmenge
bei der Bestimmung der notwendigen Zuschlagstoffmengen entsprechende
Berücksichtigung findet.
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Bei
einer positiven Differenz zwischen Ist- und Soll-Verdichtbarkeit
ist der Schlämmstoffgehalt in der Mischung zu niedrig und
muß durch Zugabe von Feinanteil z. B. in Form einer Mischung
aus Bentonit, Kohlenstaub und Filterstaub erhöht werden, während
bei einer negativen Differenz zwischen Ist- und Soll-Verdichtbarkeit
der Schlämmstoffgehalt in der Mischung zu hoch ist und
durch Zugabe von grobem Neusand reduziert werden muß.
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Die
Korrekturfunktion der Zuschlagstoffe in Abhängigkeit der
am Ende der Aufbereitung ermittelten Verdichtbarkeitsdifferenz zwischen
Ist-Verdichtbarkeit und Soll-Verdichtbarkeit unterteilt sich in
3 Abschnitte. In einem ersten Abschnitt, folgt die Korrekturfunktion
einem Polynom n-ter Ordnung mit n > 1, so
daß kleine Abweichungen nur zu sehr kleinen Änderungen
in der Zuschlagstoffzugabe führen. In einem 2. Abschnitt,
der sich direkt an den 1. Abschnitt anschließt, folgt die
Zuschlagstoffkorrektur einem linearen Zusammenhang, während
sie in einem 3. Abschnitt, der sich dem 2. Abschnitt direkt anschließt, auf
einen festgelegten Maximalwert begrenzt ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann zur
Verkürzung der Gesamtaufbereitungszeit unter Beibehaltung
einer konstant langen Naßmischzeit, die qualitätsbestimmend
ist, auf der Basis der in der vorher aufbereiteten Formsandmenge
bestimmten Wassermenge zeitgleich mit der Zugabe des Altsandes bzw.
des Neusandes und der Additive in den Mischer ein Teil, vorzugsweise
ca. 80–90%, der benötigten Wassermenge in den Mischer
eindosiert werden.
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Auf
diese Weise ist einerseits sichergestellt, daß der Feuchtegehalt
des Sandes zu Beginn der ersten Messung der Wirkleistung sicher
oberhalb der notwendigen Mindestfeuchte von 2% liegt und andererseits
die notwendige Naßmischzeit bei entsprechend hohen Feuchten
bei deutlich verkürzten Formsandmengenaufbereitungszeiten
eingehalten werden kann. Die Mindestfeuchte von 2% ist deswegen notwendig,
da nur hier der lineare Zusammenhang zwischen Verdichtbarkeit und
Feuchtigkeitsgehalt besteht.
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Auf
der Basis der ersten Wirkleistungsmessung nach Zugabe und Einmischen
des Wassers erfolgt die Bestimmung der notwendigen fehlenden Feuchtigkeitsmenge
zur Erzielung der vorgegebenen Soll-Verdichtbarkeit. Nach Bestimmung
und Zugabe der Restwassermenge nach Gleichung (1), die in diesem
Fall nur noch die fehlenden 10 bis 20% ausgleicht, findet kurz vor
der Entleerung bei in der Summe konstanter Naßmischzeit
die zweite Wirkleistungsmessung statt, so daß damit wiederum
die Ist-Feuchte bzw. Ist-Verdichtbarkeit ermittelt werden kann und für
die Korrektur der Wasserzugabemenge in der nachfolgenden Formsandmenge
zur Verfügung steht.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen werden durch die Merkmale
der Unteransprüche verwirklicht.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den folgenden Beschreibungen
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung
des Verfahrens,
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2 ein
schematisches Diagramm mit dem experimentell ermittelten Zusammenhang
zwischen Motorleistung und Feuchte bzw. dem bekannten Zusammenhang
zwischen Feuchte und Verdichtbarkeit von Gießereisand bei
verschiedenen Schlämmstoffgehalten,
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3 ein
schematisches Diagramm der in drei Abschnitte unterteilten Feuchtekorrekturfunktion in
Abhängigkeit von der Differenz zwischen Soll- und Ist-Verdichtbarkeit,
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4 ein
weiteres schematisches Diagramm mit dem experimentell ermittelten
Zusammenhang zwischen Motorleistung und Feuchte bzw. dem bekannten
Zusammenhang zwischen Feuchte und Verdichtbarkeit von Gießereisand
bei verschiedenen Schlämmstoffgehalten und
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5 ein
schematisches Diagramm der in drei Abschnitte unterteilten Schlämmstoffkorrekturfunktion
in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Soll- und Ist-Verdichtbarkeit
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1 zeigt
schematische eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens mit einem Formsandmischer 1, der über
ein fliegend gelagertes, schnell laufendes Mischwerkzeug 2 verfügt.
Die Motorwirkleistung wird auf an sich bekannte Weise durch die
Erfassung der Motorspannung und Motorströme und Berücksichtigung
der Phasenlage ermittelt und einem Steuergerät 3 zugeführt.
Der Formsandmischer 1 wird über eine Altsandwaage 4 und
eine Additivwaage 5 mit Feststoffen beschickt. Die Altsandwaage 4 wird
aus einem Altsandsilo 6 über beispielsweise ein
Förderband 7 mit Altsand bis zu einem voreingestellten
Gewichtswert beschickt. Während der Altsand vom Altsandsilo 6 zur
Altsandwaage 4 transportiert wird, wird die Temperatur
des Altsandes auf dem Förderband kontinuierlich mit einem
Temperatursensor 8 erfaßt, daraus ein Mittelwert
der Altsandtemperatur errechnet und dem Steuergerät 3 einge speist.
Nach der Altsandzugabe in die Altsandwaage 4 wird ein fest
vorgegebener Wert Neusand 9 aus einem weiteren Neusandsilo
hinzugefügt. Parallel dazu werden in einer Additivwaage 5 die
vorgegebenen Mengen an Additiven wie Bentonit 10 und Kohlenstaub 11 verwogen.
In einer Flüssigkeitswaage 12 wird eine ausreichend
große Menge Wasser vorgelegt, so daß die berechnete
Flüssigkeitsmenge komplett ohne Unterbrechung durch Abzugsverwiegung
dem Formsand im Mischer 1 zugegeben werden kann.
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Die
Einzelgewichte der Feststoffwaagen werden ebenso über das
Steuergerät gravimetrisch dosiert, um ein konstantes Gesamtgewicht
an Feststoffen in den Mischer 1 geben zu können.
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In 2 ist
im unteren Teil des Diagramms der bekannte Zusammenhang zwischen
Verdichtbarkeit und Feuchtigkeitsgehalt dargestellt. Je nach Schlämmstoffgehalt
ergeben sich unterschiedliche Eichgraden, die bei höherem
Schlämmstoffgehalt SG in Richtung eines höheren
Feuchtigkeitsgehaltes hin verschoben sind. Im oberen Teil der 2 ist
der experimentell ermittelte Zusammenhang zwischen Motorleistung
MP und Feuchte der Mischung dargestellt. Ab einer Feuchte von ca.
2% steigt die Motorleistung linear mit der Feuchte. Die dargestellt
Eichgerade gilt für ein Gesamtgewicht der Formsandeinwaage.
Unterhalb einer Feuchte von 2% ist aufgrund der noch nicht vollständig
ausgebildeten Bindigkeit zwischen den Sandkörner der Zusammenhang
zwischen Motorleistung und Feuchte stark nicht-linear.
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Dieser
Bereich ist für die Regelung der Verdichtbarkeit nur begrenzt
geeignet, so daß vorzugsweise eine Anfangsfeuchte von größer
als 2% gewählt wird.
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Dies
kann beispielsweise durch eine Vorwasserzugabe in Höhe
von 80–90% der Wassermenge, die der vorherigen Formsandmenge
(auch vorherige Charge genannt) zugefügt wurde, die zeitgleich mit
der Zugabe der Feststoffe in den Mischer erfolgt, sichergestellt
werden.
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3 zeigt
schematisch die Feuchtekorrekturfunktion in Abhängigkeit
von der Verdichtbarkeitsdifferenz, die für die Korrektur
der Wasserzugabemenge in der nachfolgenden Charge verwendet wird. Die
Korrekturfunktion unterteilt sich sowohl für positive als
auch negative Abweichungen in der Verdichtbarkeit in drei unterschiedliche
Abschnitte. In einem ersten Abschnitt I folgt die Korrekturfunktion
einem Polynom n-ter Ordnung mit n > 1,
mit dem Ziel, das kleine Abweichungen vom Sollwert nur sehr gering bis
gar nicht korrigiert werden, während bei größeren Abweichungen
eine überproportional stärkere Korrektur erfolgt.
Damit die Korrektur bei großen Abweichungen nicht zu stark
wird, schließt sich dem ersten Abschnitt I ein zweiter
Abschnitt II mit einem vorzugsweise linearen Verhalten an, bei dem
die Abweichungen zwi schen Verdichtbarkeit und Feuchte direkt proportional
erfolgen. Damit der Regelkreis nicht zu Schwingen beginnt, wird
für sehr große Abweichungen, die in der Regel
nicht aus den langwelligen Schwankungen, sondern aus Einzelereignissen
herrühren, die Korrekturmengen durch einen nach oben limitierten
Korrekturwert begrenzt (siehe Abschnitt III).
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In 4 ist
der prinzipiell gleiche Zusammenhang zwischen Motorleistung, Feuchte
und Verdichtbarkeit für unterschiedlichen Schlämmstoffgehalten
wie in 2 dargestellt, wobei auf die Darstellung unnötiger
Bezeichnungen für die Feuchtekorrektur verzichtet wurde.
Die Flüssigkeitszugabemenge wird ohne weitere Korrekturfunktion
direkt aus der Differenz zwischen der aus dem Wirkleistung MP1 ermittelten Feuchte und der durch die Sollverdichtbarkeit
bei gegebenem Schlämmstoffgehalt berechneten Sollfeuchte
FSoll direkt ermittelt. Die Abweichungen
aufgrund eines schwankenden Schlämmstoffgehaltes zwischen
der Ist-Feuchte am Ende der Charge F2, die
sich aus der Wirkleistungsmessung MP2 kurz vor
der Entleerung des Mischers über die Eichgrade berechnet,
und der Soll-Feuchte FSoll wird in diesem Fall über
einen Eingriff in die Dosiersteuerung der Feststoffzugabe kompensiert.
Die hierfür verwendeten Korrekturfunktion zeigt schematisch 5.
Während bei der Korrektur der Wasserzugabe nur mehr oder
weniger Wasser zugegeben werden muß, muß bei einer
Korrektur über die Feststoffzugabe zwischen der Zugabe
von grobem Neusand zur Verringerung des Schlämmstoffgehaltes
bzw. der Zugabe von Feinstoffe zur Erhöhung des Schlämmstoffgehaltes
unterschieden werden. Wie 5 zeigt,
ist bei einer positiven Abweichung zwischen der Verdichtbarkeit
am Ende der Aufbereitung im Mischer V2 und
der Sollverdichtbarkeit von einem zu niedrigen Schlämmstoffgehalt
auszugehen, so dass dieser durch die Zugabe von Feinanteil, z. B.
in Form Bentonit oder auch einer Mischung aus Bentonit, Kohlenstaub
und ggfs. noch Filterstaub ausgeglichen werden kann.
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Bei
einer negativen Abweichung zwischen der Verdichtbarkeit am Ende
der Aufbereitung im Mischer V2 und der Sollverdichtbarkeit
von einem zu hohen Schlämmstoffgehalt in der Mischung auszugehen,
so daß dieser durch die Zugabe von Grobanteil in Form von
Neusand ausgeglichen werden kann.
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Sowohl
die Korrekturfunktionen für die Sandzugabe als auch die
Feinanteilzugabe von z. B. Bentonit sind auch hier vorzugsweise
in drei unterschiedliche Abschnitte aufgeteilt. In einem ersten
Abschnitt folgt die Korrekturfunktion einem Polynom n-ter Ordnung
mit n > 1, so daß kleine
Abweichungen vom Sollwert nur sehr gering bis gar nicht korrigiert
werden, während bei größeren Abweichungen
eine überproportional stärkere Korrektur erfolgt.
Damit die Korrektur bei großen Abweichungen nicht zu stark
wird, schließt sich dem ersten Abschnitt ein zweiter Abschnitt
mit einem vorzugsweise linearen Verhalten an, bei dem die Abweichungen
zwischen Verdichtbarkeit und Feuchte direkt proportional erfolgen.
Damit der Regelkreis nicht zu Schwingen beginnt, werden für
sehr große Abweichungen, die in der Regel nicht aus den
langwelligen Schwankungen, sondern aus Einzelereignissen herrühren,
durch einen nach oben limitierten Korrekturwert begrenzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3220662 [0011, 0024]
- - CH 517541 [0013, 0014, 0018]
- - DE 2053936 [0014, 0018]
- - DE 1947566 [0015, 0016]
- - US 3838847 [0016]
- - DE 1301874 [0018]
- - JP 56053844 [0019]