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Ueberwachungseinrichtung zum Vergiessen von
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Auf diese Weise wird ein geschlossener Regelkreis geschaffen, welcher
eine weitgehende, anpassungsfähige Automatisierung des Giessvorganges und eine Steigerung
der Giessleistung ermöglicht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die entsprechenden Anspreehgrenzen der Führungsgrösse bzw. des Füllstandes
im Trichter sind mit hl (Uebergang von A auf H) bzw.
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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.
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Die Fig. 4a und 4b veranschaulichen die mit der Einrrchtung nach Fig.
1 erreichte gute Annäherung an den "idealen" Verlauf bzw.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die vorstehend beschriebene Einrichtung lässt sich sowohl beim Giessen
in Sandformen als auch bei Kokillen anwenden.
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