DE2638015A1 - Ueberwachungseinrichtung zum vergiessen von schmelze in giessformen - Google Patents

Ueberwachungseinrichtung zum vergiessen von schmelze in giessformen

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DE2638015A1
DE2638015A1 DE19762638015 DE2638015A DE2638015A1 DE 2638015 A1 DE2638015 A1 DE 2638015A1 DE 19762638015 DE19762638015 DE 19762638015 DE 2638015 A DE2638015 A DE 2638015A DE 2638015 A1 DE2638015 A1 DE 2638015A1
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funnel
melt
pouring
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DE19762638015
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English (en)
Inventor
Ernst Dipl Phys Grieshaber
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Georg Fischer AG
Original Assignee
Georg Fischer AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D39/00Equipment for supplying molten metal in rations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D37/00Controlling or regulating the pouring of molten metal from a casting melt-holding vessel

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Description

  • Ueberwachungseinrichtung zum Vergiessen von
  • Schmelze in Giessformen Die Erfindung betrifft eine Ueberwachungseinrichtung zum Vergiessen von Schmelze in Giessformen, mit einem die Ausflussmenge aus einer Giesspfanne beeinflussenden Stellorgan, welches mit einem fotoelektrischen Wandler in Verbindung steht, der auf die Strahlung der im Eingusssystem einer Form befindlichen Schmelze anspricht.
  • Bei bekannten Einrichtungen dieser Art (DT-AS 1 2 42 809, CH-PS 404 877) ist eine Fotozelle auf eine solche Stelle der Giessform gerichtet, an welche die Schmelze erst nach Erreichen der gewünschten Formfüllung gelangt, nämlich entweder allf einen Steiger, einen mit dem Giesstrichter durch eine Ueberlaufrinne verbundenen Tümpel oder auf den oberen Rand einer offenen Giessform. Mit solchen Einrichtungen ist es zwar möglich, den Giessvorgang bei einem vorbestimmten Füllstand selbsttätig zu unterbrechen. Dagegen ermöglichen sie infolge der Einpunktmessung nicht, auf Veränderungen zu reagieren, die während dem Füllvorgang oder bei aufeinanderfolgenden Formen auf treten, wie ungleiches Schluckvermögen, variable Ausflussmenge usw. Deshalb ist es notwendig, den Giessstrahl praktisch auf das geringste Schluckvermögen der Formen einzustellen.
  • Eine weitere bekannte Einrichtung - DT-OS 24 58 160 - weist eine auf die Schmelzenoberfläche in einer Strangguss-Kokille gerichtete Sammellinse mit einer in deren Brennlinie liegenden Fotozellen-Anordnung auf. Mittels einer der Linse vorgeschalteten Blendenanordnung wird versucht, ausgewählte Bereiche der Schmelzenoberfläche auszublenden, deren Strahlung auf der Trennlinie bzw. den Fotozellen konzentriert werden soll. Nachteilig hierbei ist, dass die Blendenanordnung eine starke Helligkeitseinbusse bewirkt und dass die gegebene optische Anordnung es nicht gestattet, die Strahlung bestimmter, getrennter Bereiche eindeutig zu erfassen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fotoelektrische Ueberwachungseinrichtung so zu gestalten, dass sie den erwähnten, wechselnden Störeinflüssen während des Giessvorganges und bei unterschiedlichen Formen laufend begegnet, d.h. die Ausgussmenge bzw. die Stärke des Giessstrahles dem jeweiligen Aufnahmevermögen der Form dauernd anpasst.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass der fotoelektrische Wandler eine Abbildungsoptik aufweist, die einen sich über die Höhe des Giesstrichters erstreckenden Bereich der Trichterwand auf mindestens einen in der Bildebene der Optik angeordneten, flächenhaften Fotodetektor optisch exakt abbildet, welcher mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, die während der Dauer der Formfüllung in Abhängigkeit von der entsprechend der Trichterfüllung veränderlichen Flächenausleuchtung des Detektors ein variables Stellsignal für das Stellorgan erzeugt.
  • Auf diese Weise wird ein geschlossener Regelkreis geschaffen, welcher eine weitgehende, anpassungsfähige Automatisierung des Giessvorganges und eine Steigerung der Giessleistung ermöglicht.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ueberwachungseinrichtung mit Giesspranne und Giessform, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Giesstrichter mit Angabe einer bevorzugten Lage des abgebildeten Bereiches, Fig. 5 einen Vertikalschnitt in der optischen Achse durch den fotoelektrischen Wandler und einen Teil des Giesstrichters, Fig. 4a einen beispielsweisen Verlauf der geregelten Ausflussmenge s der Schmelze und Fig. 4b den zugehörigen Verlauf des Füllstandes h im Giesstrichter bzw. des Detektorsignales in Funktion der Zeit t und Fig. 5 eine Variante mit drei Fotodetektoren in analoger Darstellung wie Fig. 5.
  • In der Fig. 1 sind vereinfacht die Giesspfanne 1 - im vorliegenden Fall eine Stopfenpfanne mit Stopfen 2 und seinem Stellorgan 8 -sowie die Giessform 5 mit dem Giesstrichter 4 und dem Formhohlraum 5 während des Giessvorgangs dargestellt. Zur Erzeugung eines Giessstrahles 6 mit zeitlich veränderlicher Ausflussmenge, könnte anstelle der Stopfenpfanne auch ein Kippgefäss oder dergleichen vorgesehen sein. Die dargestellte Ueberwachungseinrichtung enthält einen fotoelektrischen Wandler 10 mit einer Abbildungsoptik 12 und mindestens einem flächenhaften Fotodetektor 14 (Fig. 5), eine elektronische Reehenschaltung 16 sowie die Reglerschaltung 18. Die Leitung 15 führt das Signal des Fotodetektors 14 der Rechensehaltung 16 zu, deren Ausgangsleitung 17 das aufbereitete Signal (entsprechend dem Istwert des Füllstandes h, Fig. )) der Reglerschaltung 18 zuleitet. An der Leitung 17 kann ein Istwert- Schreiber 21 angeschlossen sein. Die Reglerschaltung 18 erhält ferner, wie bei 20 angedeutet, einen manuell einstellbaren oder programmierten Sollwert sowie ggf. Steuerbefehle von Gebern einer automatischen Giessanlage, zum Beispiel entsprechend der richtigen Positionierung der Giessform 5. Die Leitung 19 führt das von der Reglerschaltung 18 erzeugte, variable Stellsignal für das Stellorgan 8 des Stopfens.
  • Fig. 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des fotoelektrischen Wandlers 10 und dessen Anordnung in bezug auf den Giesstrichter 4. Ein Bereich 15 der Trichterwand, welcher sich über die Trichterhöhe erstreckt (siehe auch Fig. 2), wird durch die Optik 12 auf den in der Bildebene der Optik angeordneten flächenhaften, vorzugsweise streifenförmigen Fotodetektor 14 exakt abgebildet.
  • Entsprechend der im Trichter 4 auf- und absteigenden Oberfläche 7 der Schmelze, d.h. in Funktion der Füllhöhe h, wird der Fotodetektor 14 von der Schmelze über eine mehr oder weniger grosse Fläche ausgeleuchtet und gibt dadurch ein mit der Füllhöhe variierendes, vorzugsweise dieser proportionales Signal ab.
  • In Fig. 4a und 4b ist ein beispielsweiser zeitlicher Verlauf der Führungsgrösse h (Füllstand) und der Stellgrösse s (Ausflussmenge) während eines Giessvorganges dargestellt für den Fall, dass die Ausflussmenge auf zwei diskrete Werte A, EI eingestellt werden kann.
  • Die entsprechenden Anspreehgrenzen der Führungsgrösse bzw. des Füllstandes im Trichter sind mit hl (Uebergang von A auf H) bzw.
  • h2 (Uebergang von H auf Null, Stopfen vollstandig schliessen) bezeichnet. Zur Illustration ist der '2ideale" Verlauf der Ausflussmenge in Fig. 4a gestrichelt eingezeichnet, nämlich derjenige, welcher theoretisch erforderlich ist, um - unter Annahme eines konstanten Schluckvermögens der Form - für den Füllstand eine Sprungfunktion (Sprung leer/voll) zu erhalten. Die Darstellung des Füllstandsignals z.B. auf einem Schreiber 21 kann hierbei nützlich sein, da aus dessen Verlauf auf die optimale Wahl des Stellwertes EI geschlossen werden kann.
  • Die Fig. 4a und 4b veranschaulichen die mit der Einrrchtung nach Fig. 1 erreichte gute Annäherung an den "idealen" Verlauf bzw.
  • an die praktischen Erfordernisse, nämlich das rasche "Angiessen" mit maximaler Ausflussmenge bei noch leerem Giesstrichter, die anschliessende, entsprechend dem Schluckvermögen geregelte Verminderung der Ausflussmenge wälirend der Formfüllung und schliesslich die selbsttätige Unterbrechung des Giessvorganges, wenn der Füllstand im Trichter bei unterbrochenem Giessstrahl nicht mehr absinkt.
  • Um Störeinflüsse durch Schwankungen der Strahlungsintensität (Temperaturanderungen) der Schmelze, der Formwandstrahlung sowie der atmosphärischen Strahlungsabsorption auszuschalten, können Referenzmessungen verwendet werden. In Fig. 5 ist eine entsprechende Anordnung mit drei in der Bildebene der Optik 12 liegenden Fotodetektoren 14s, 14u, 14w schematisch dargestellt, auf welche drei übereinanderliegende Teilbereiche 13s, lnu, ldw der Trichterwand durch die Optik 12 exakt und voneinander getrennt abgebildet werden. Der mittlere Detektor 14u, in dessen Bereich 13u normalerweise die Oberfläche 7 der Schmelze liegt, entspricht dem über eine variable Fläche ausgeleuchteten Detektor 14 nach Fig. 5, während der Detektor 14s ein Referenzsignal für die Strahlung der Schmelze und der Detektor 14w ein Referenzsignal für die Stahlung der Formwand liefert. Die drei entsprechenden Signale zum ßs 2 und werden in der Rechenschaltung 16 in an sich bekannter Weise so w ausgewertet, dass an seiner Ausgangsleitung 17 das dem Füllstand proportionale Signal erscheint.
  • Da diese rechnerische Auswertung der Detektorsignale auf einer Verhältnisbildung beruht, werden dabei sowohl Schwankungen im Verhältnis der Schmelzestrahlung zur Formwandstrahlung als auch atmosphärisch bedingte Signalschwankungen kompensiert.
  • Unter der Voraussetzung, dass die Strahlung der Formwand viel kleiner ist als diejenige der Schmelze, liefern die beiden Signale 3 Und allein allein bzw. deren Verhältnis eine ausreichend genaue 5 Führungsgrösse; entsprechend sind in diesem Fall nur zwei Fotodetektoren 14u, 14s notwendig.
  • Insbesondere lässt sich aus dem Absolutwert des Signals &ein Steuersignal gewinnen, welches angibt, ob der Uebergang 7 zwischen Schmelze und Trichterwand sich im Bereich des Detelctors 14u befindet.
  • Durch Wahl besonderer Fotodetektoren oder durch Vorschalten von StraJilungsfiltern kann die Auswertung auf einen Teilbereich des Spektrums beschränkt werden, wodurch sich zum Beispiel der Einfluss von Fremdlicht vermindern lässt.
  • Die vorstehend beschriebene Einrichtung lässt sich sowohl beim Giessen in Sandformen als auch bei Kokillen anwenden. Leerseite

Claims (3)

  1. Patentansprüche 1. Ueberwachungseinrichtung zum Vergiessen von Schmelze in Giessformen, mit einem die Ausflussmenge aus einer Giesspfanne beeinflussenden Stellorgan, welches mit einem fotoelektrischen Wandler in Verbindung steht, der auf die Strahlung der im Eingusssystem einer Form befindlichen Schmelze anspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der fotoelektrische Wandler (10) eine Abbildungsoptik (12) aufweist, die einen sich über die Höhle des Giesstrichters (4) erstreckenden Bereich (13) der Trichterwand auf mindestens einen in der Bildebene der Optik (12) angeordneten, flächenhaften Fotodetektor (14) optisch exakt abbildet, welcher mit einer Auswerteschaltung (16, 18) verbunden ist, die während der Dauer der Formfüllung in Abhängigkeit von der entsprechend der Trichterfüllung veränderlichen Flächenausleuchtung des Detektors ein variables Stellsignal für das Stellorgan (8) erzeugt.
  2. 2. Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Fotodetektoren (14u, 14s) vorhanden sind, auf welche die Optik (12) zwei übereinanderliegende Teilbereiche (13u, 13s) der Trichterwand getrennt abbildet, wobei während des Giessvorganges der eine Teilbereich (13s) vollständig und der andere (13u) teilweise von der Schmelze bedeckt sind..
  3. 3. Ueberwachungseinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen dritten Fotodetektor (14w), auf den die Optik (12) einen weiteren, höher liegenden Teilbereich (15w) abbildet.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2945251A1 (de) * 1979-11-09 1981-05-14 Betriebsforschungsinstitut VDEh - Institut für angewandte Forschung GmbH, 4000 Düsseldorf Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der lage einer oberflaeche
DE3245832C1 (de) * 1982-12-10 1983-11-03 Interatom Internationale Atomreaktorbau Gmbh, 5060 Bergisch Gladbach Verfahren und Vorrichtung zur UEberwachung des Endfuellstandes beim Fuellen von Gussformen mit fluessigem Metall
DE112014005718B4 (de) 2014-01-17 2018-11-29 Korea Institute Of Industrial Technology Gießverfahren und Gießvorrichtung

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