DE2908861C3

DE2908861C3 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Wasserdosierung beim Betreiben einer Gießereikühltrommel für das gleichzeitige Kühlen von Form- und Kernsand und Guß

Info

Publication number: DE2908861C3
Application number: DE2908861A
Authority: DE
Inventors: Rudi Münkel
Original assignee: Dossmann Eisengiesserei und Maschinenfabrik 6968 Wallduern De GmbH; Dossmann Eisengiesserei und Maschinenfabrik 6968 Wallduern GmbH
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1979-03-07
Filing date: 1979-03-07
Publication date: 1981-12-17
Also published as: DK97480A; DE2908861B2; EP0015530A1; DK160679C; ATE1570T1; DK160679B; EP0015530B1; DE2908861A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Wasserdosierung beim Betreiben einer Gießereikühltrommel für das gleichzeitige Kühlen von Form- und Kernsand und Guß.

Die Erfindung betrifft den vollautomatischen Betrieb einer Gießereikühltrommel für das gleichzeitige Kühlen von L.US der Form entleertem Form- und Kernsand und Gußstück, und hierbei die automatische Dosierung der für optimale Kühlungsbedingungen jeweils erforderlichen Wassermenge.

Beim heutigen Betrieb der Formgießerei sind die Kühltrommeln wichtige Einrichtungen. Einerseits erlauben sie einen schnelleren und automatisierten Betricbsablauf. Andererseits wird bei dem entformten und zusammen mit dem Sand umgewälzten Gußstück eine gleichmäßigere und Spannungen vermeidende Kühlung erreicht und der Formsand steht schneller zur Wiederverwendung zur Verfugung. Neben diesen, der Produktion dienenden Vorteilen gewinnen diese Kühltrommeln zunehmend an Bedeutung, weil gegenüber früheren Arbeitsweisen weniger Lärm, weniger Hitzciibstrahlung und weniger Staub entsteht und umweh-

freundlichere Verhältnisse und humanere Bedingungen am Arbeitsplatz geschaffen werden.

Diese Kühltrommeln werden um die horizontal oder leicht geneigt angeordnete Trommelachse gedreht, wobei sich das zu kühlende Gut vom Einlauf zum Auslauf bewegt. Die Kühlung erfolgt mittels Wasserverdunstung und es besteht das Problem, zu jedem Zeitpunkt die Menge an Wasser zuzuführen, mit der die jeweils gegebenen Bedingungen, die sowohl am Einlauf als auch während des Durchlaufs ständigen Änderungen unterliegen, momentan berücksichtigt werden. Diese Bedingungen, insbesondere die eingebrachte Wärmemenge, ändern sich z. B. dadurch, daß verschiedene Gießtemperaturen angewendet werden, daß die Zeitabstände zwischen Vergießen und Einlauf in die Kühltrommel und damit die Eingangstemperaturen wechseln oder daß ein wechselndes Volumenverhältnis von Gußsfück zu Sand vorliegt. Auch der zeitliche Durchlauf des Gußstücks durch die Kühltrommel kann je nach Gewicht und Gestalt des Gußstücks Änderungen unterworfen sein. Während des gesamten Durchlaufs durch die Kühltrommel soll die Wassermenge so bemessen werden, daß der Sand nicht klumpt und an jeder Stelle der Trommel gut rieselfähig bleibt, einerseits damit er durch große Oberfläche eine gute Wasserverdunstung bewirkt, andererseits wegen einer guten und vielseitigen Berührung mit den Metallflächen. Der Sand darf aber auch nicht zu trocken werden, da sonst die Wärmeabfuhr nachläßt, durch Staubentwicklung nicht zu vernachlässigende Verluste an Bentonit und Kohlenstaub auftreten und die Abluftreinigung stark belastet wird. Der Sand soll auch für die Wiederverwendung in gewissem Maße konditioniert werden. Für eine gute Wirkungsweise wurde festgestellt, daß am Auslauf der Trommel der Sand eine Temperatur möglichst unter 50⁰C und einen Wassergehalt von 1 bis 2% und der Guß eine Temperatur von 60 bis 100° C haben soll.

Um diesen Verhältnissen Rechnung zu tragen, wurde bisher teils mit empirischen, teils mit indirekten bzw. auf theoretischen Berechnungen fußenden Methoden gearbeitet.

Vielfach ausgeübt wird die manuelle Regulierung der Wasserzufuhr, wobei die Bedienungsperson ihre Richtlinie aus der Beobachtung des Trommelinnenraums bezüglich Dampf- oder Staubentwicklung gewinnt. Bei dieser Methode sind naturgemäß die Korrekturen der Wasserzugabe ungenau und kommen auch erst verzögert zur Auswirkung. Man hat auch versucht Meßfühler mit Thermoelementen einzusetzen. Hier zeigte sich der Nachteil, daß die Temperaturmessung und die Meßwertübertragung zu träge ist, um die Regulierung der Wasserzufuhr spontan steuern zu können. Außerdem sind derartige Meßfühler gegen mechanische Beschädigungen zu empfindlich, da sie für eine zuverlässige Messung in den bewegten Sand, in dem sich auch die Gußstücke befinden, eintauchen müssen.

Im Zuge der Automatisierungsbestrebungen hat man dann indirekte Methoden entwickelt, bei denen vorgegebene Größen, wie Verhältnis von Metall zu Sand, Verwiegen der Formen vor und nach dem Abgießen, Zeit /wischen Abgießen und Einlauf in die Kühltrommcl, Umlaufgeschwindigkeit und -masse in die Kühltrommel in eine Steuereinrichtung (Computer) b*, eingegeben wurden. Die programmatische Verarbeitung dieser Vielzahl von S'ouerungsgrößen liefert dann die Impulse für einen Stellungsregler des Wasserzufuhrventils.

Ein solches Steuerungssystem bedingt eine sehr kostspielige Computereinrichtung, für die für jede — oft kurzfristig beauftragte — Gußserie eine Programmierung zu erstellen ist. Eine Computerprogrammierung kann aber nicht die im Gießereibetrieb unvermeidlichen Unregelmäßigkeiten (bedingt durch Schmelzprozeß, Kontrolle und Korrektur der Schmelze, Überführung von der Gießpfanne bis zum Abgießen in die Form, kurze Unterbrechungen des normalen Arbeitsablaufs u. dgl.) berücksichtigen. Man kam also auch auf diesem Wege nicht zu einer Lösung des Problems der optimalen Betriebsbedingungen einer Gießereikühltrommel.

Man hat auch in der Trommelwand Bohrungen angebracht, um die Temperatur des herausrieselnden Sandes zu messen. Hierbei gab es folgende Schwierigkeiten: Sind die Löcher zu klein, verstopfen sie leicht, sind sie größer, rieselt zuviel Sand heraus. Auch die Messungen der Ablufttemperatur führt nicht zum Erfolg, da sie die Verhältnisse am Oi i der Kühlung zu ungenau wiedergibt Außerdem erfolgt aujh bei diesen beiden Methoden die Korrektur der Wasserzufuhr mit zu großer Verzögerung.

Keine der bekannten Methoden gestattet eine auf die aktuelle Temperatur unmittelbar reagierende Dosierung der Wasserzugabe und noch viel weniger eine Korrektur der Wasserzugabe entsprechend dem Temperaturgang im Verlauf der Durchlaufsstrecke des zu kühlenden Gutes in der Trommel.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer rotierenden Gießereikühltrommel der genannten Art — unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile — die Kühlung von Form- und Kernsand und Gußstücken in optimaler und innerhalb kürzester Zeitabstände in korrigierbarer Weise mittels einer automatisierten und spontan regierenden Dosierung der in die Kühltrommel einzuleitenden Wassermenge zu erreichen. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe.

Das Verfahren zur automatischen Wasserdosierung zum Betreiben einer Gießereikühltrommel für das gleichzeitige Kühlen von Form- und Kernsand und Guß ist dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum der Trommel die von dem eingebrachten, zu kehlender. Gut ausstrahlende Temperatur berührungslos mittels mindestens einer Infrarot-Kamera fortlaufend in kurzen Zeitabständen gemessen wird, daD in einem Umformer, den gemessenen Temperaturen entsprechende elektrische Signale gebildet werden, daß in einer Steuereinrichtung aus jedem einzelnen dieser Signale oder aus dem Mittelwert mehrerer Signale ein Stellsignal gebildet wird, das dann den Stellungsregler eines mo'.orisjh, pneumatisch oder hydraulisch betätigten Ventils für die Wasserzufuhr steuert.

Die Zeitabstände zwischen zwei Messungen können etwa 0,1 bis 10 see betragen. Brauchbare Mittelwerte erhält man bereits aus zwei Messungen. Für die Berechnung von Mi'telwerten können aufeinanderfolgende Meßwerte einer Infrarot-Kamera oder die Meßwerte mehrerer Infrarot-Kameras zugrunde gelegt werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Tempcraturmeß- und Wasscrdosierbere ih oder mehrere solche Bereiche mit je folgenden Merkmalen vorgesehen ist bzw. sind:
a) im Innenraum der Kühltrommel ist eine Infrarot-Kamera oder eine Mehrzahl von in Durchlaufrich-

lung hintereinander oder nebeneinander ungeordneten Infrarot-Kameras installiert,
b) aiilJerhalb der Kühltrommel befindet sich eine Steuereinrichtung, welche die Temperaturmeßwertsignalc der Infrarot-Kameras aufnimmt und daraus ein Steuersignal für die Wasserzufuhr bildet.

c) eine Wasscr/uführlcitung ist in den Innenrauin der Kühltrommel geführt und mündet in Auslatifrohre. Sprit/- oder Sprühdüsen, die im TempcraturmeU-bcrcich liegen.

d) in der Wasscr/uführlcitung befindet sich ein Dosierventil, das motorisch, hydraulisch odor pneumatisch betätigt wird, wobei für diese Hetätigung ein von der Steuereinrichtung gesteuerter .Stellungsregler vorgesehen ist.

e) in Durchlaufrichtung vor dem Dosierventil befindet sich ein Absperrventil, das durch Kopplung mit dem Trommelantrieb bei Trommelstillstand die Wasserzufuhr unterbricht.

Zur weiteren Rrläuterung der Erfindung wird eine, in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform be schrieben.

I ig I zeigt die Kühltrommel mit der erfindungsgemäUen Wasserdosiervorrichtung,

I ι g. 2 /cigl einen Querschnitt dieser Kühltrommel,

( i g. i zeigt eine erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zur Sauberhaltung der Optik ausgerüstete Infrarot-Kamera.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei in Durchlaufrichtung mit Abst 1 hintereinander angeordnete Meßbereiche vorgesehen. Jeder Meßbereich bedient ein vollständiges und unabhängig arbeitendes Dosiersystem.

Die Kühltrommel I hat einen Einlauf 2 für das zu kühlende Gut und einen Auslauf 3, wo die gekühlten Gußstücke weggenommen werden. Der gekühlte Sand rieselt durch Perforierungen am Auslaufende der Kühltrommel I auf ein Förderband.

für den. vom Einlauf gesehen, ersten Meßbereich ist die Infrarot-Kamera 4<i installiert. Die Optik dieser Infrarot-Kamera 4a (wie auch jeder weiteren Infrarot-Kamera 4) ist. wie aus Fig. 2 ersichtlich, vorzugsweise auf eine mittlere Stelle, bzw. eine Stelle etwa größter Dicke des Kühlguts It gerichtet, so wie dieses sich infolge der. durch den Pfeil angedeuteten Drehung der Kühltrommel 1 einstellt (s. Fig. 2). Der Meßobjektabstand richtet sich nach der verwendeten Optik. Der erste MeQ- und Wasserdosierbereich soll da liegen, wo das vom Sand mitgebrachte Wasser weitgehend verdunstet ist und die aus der Form kommenden Sandklumpen zerfallen sind.

Von der Infrarot-Kamera 4a, bzw. deren eingebautem Meßumformer führt die elektrische Leitung 15a zu der Steuereinrichtung 5a. Hier wird entsprechend den eingehenden Meßwerten in kurzen Zeitabständen von vorzugsweise 1 bis 3 see ein Stellsignal gebildet und an den Stellungsregler 6a des motorisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigten Dosierventils 7a in der Wasserzuführleitung 8a gegeben. Vorzugsweise verwendet man pneumatische Stellungsregler.

Für die Bildung des Stellsignals können die einzelnen Meßwertsignale oder ein Mittelwert aus mehreren aufeinanderfolgenden Meßwertsignalen verwertet werden. Insbesondere bei größeren Kühltrommeln können auch für jeden Meß- und Dosierbereich mehrere infrarot.Kameras eingesetzt sein, aus deren Mcßwertsignalen dann ein Mittelwert gebildet wird.

Vom Dosierventil Ta ist die Wasscr/uführlcitung Sa in den Innenraum der Kühltrommel I geführt, wo sie durch ein oder mehrere Auslaufrohre, Sprit/- oder Sprühdüsen 9;; die für den gewünschten Kühl- und Konditioniert effekt optimale Wassermenge abgibt. Mit Vorteil sind die Atisli'ufrohrc, Sprit/- oder Sprühdüsen 9 so nach oben gerichtet, daß ihre Mündungen oberhalb der Wasscr/uführlcitung Sn liegen.

In Durchlaufrichtung vor dem Dosiervenlil Tn befindet sich das Absperrventil 10,). mit dem bei Stillstand der Kühltrommel 1 die Wasserzufuhr sofort unterbrochen wird. Mit Vorteil verwendet man ein elektromagnetisch betätigtes Absperrventil, das über ilen Steuerstrom des Kühltrommelantriebs gesteuert wird.

Zur Eichung der Anlage ist die Nullstellung des Dosierventil Ta regulierbar.

Die Vorrichtung arbeitet vollautomatisch in der Weise, daß die aktuelle Temperatur unmittelbar und il:lhpr whr srhnpll iinrl 7iivpr|ä«jo iiiif i\ir Wy^tpr/ijfiihr b/.v. deren Dosierung einwirkt und daß pro Meß- und Dosierbereich nur soviel Wasser zugeführt wird, daß der Sand rieselfähig bleibt, aber nicht zu trocken wird.

Hei der dargestellten Ausführungsform ist auch ein /weiter Meßbereich mit selbständig arbeitendem Dosiersystem vorgesehen. Dieses ist in gleicher Weise wie das vorstehende beschriebene System aufgebaut und umfaßt die Infrarot-Kamera 46. die elektrische l.eitunf 156. die Steuereinrichtung 5b, den Stellungsreglcr bb, das Dosierventil Tb, die Wasserzuführleitung 8i>. die Auslaufrohre, Spritz- oder Sprühdüsen 9b und das Absperrventil 106.

Der Abstand zwischen der¹, beiden Meß- und Dosierbereichen wird so bemessen, daß nach weitgehender Verdunstung des im ersten Bereich zugegebenen Wassers im zweiten Bereich eine weitere Wasserzugabe in Abhängigkeit von der dort gemessenen Temperatur erfolgt. Bei der Bemessung des Abstandes spielen auch Trommellänge und -durchmesser sowie Umdrehungsgeschwindigkeit eine Rolle.

Es ist zwar möglich, mit nur einem Meß- und Dosierbereich auszukommen, jedoch werden bei Anordnung von zwei und gegebenenfalls noch mehr Bereichen die Temperaturverhältnisse im Innenraum der Kühltrommel, bzw. die eingebrachte sich sowohl am Eingang als auch während der Durchlaufstrecke ständig und oft unregelmäßig ändernde Wärmemenge besser erfaßt, so daß an jeder Stelle der Kühltrommel die gerade dort erforderliche Wassermenge zugeführt wird und eine optimale Abkühlung erreicht wird. Für die Wahl solcher Mehrfachausriistung sind z. B. Länge. Durchmesser. Betriebsdrehzahl und sonstige Kor.,!ruktions- und Betriebsmerkmale der Kühltrommel sowie auch die Art des Gießprogramms maßgebend.

Mit Vorteil verwendet man Infrarot-Kameras, die neben dem normalen Kühlmantel noch mit einer weiteren Ummantelung versehen sind, durch die Druckluft so hindurchgeleitet wird, daß sie rings um die Kameralinse austritt und hierbei eine solche Strömungsrichtung hat, daß Staub, Dämpfe und Gase nicht zur Linse gelangen können. Das Schema einer solchen Kamera zeigt F i g. 3.

Die Infrarot-Kamera 4 ist von einem Schutzgehäuse 12 so umgeben, daß ein Zwischenraum um die Außenwandungen der Kamera gebildet ist Durch den Einströmungsstutzen 13 wird Druckluft eingeleitet, weiche die Kamera, wie die Pfeile andeuten, umströmt und rings um die Optik ausströmt und dann durch das

über die Optik hinausreichende Schutzrohr 16 abfließt. Mit 14 ist das Ansehlußkabel und mit 17 die Rohrleitung für das Durchlaufmedium des normalen Kühlsystems bezeichnet. Neben dem Zweck der Sauberhaltung der Optik dient das Schutzgehäuse 12 auch noch der Wärmeisolierung und dem Schutz vor mechanischen Beschädigungen.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß für jedes Gießprogramm, jedes Verhältnis von Sand zu Metall

und jede Gußstückgrößc vollautomatisch die optimal Wassermenge zugeführt wird, wobei diese Automali auch bei allen im Gießereibetrieb unvermeidliche Unregelmäßigkeiten und bei Änderung des Gießprc gramms voll wirksam ist und in Sekundenschnelle di Wasserzufuhr den augenblicklich gegebenen Verhall nissen anpaßt. Die Vorrichtung ist konstruktiv einfac und anpassungsfähig, einerseits an alle Kühltrommel konstruktionen, andererseits an alle Betriebseigenarten

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur automatischen Wasserdosierung beim Betreiben einer Gießereikühltrommel für das gleichzeitige Kühlen von Form- und Kernsand und Guß, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum der Kühltrommel die von dem eingebrachten, zu kühlenden Gut ausstrahlende Temperatur berührungslos mittels mindestens einer Infrarot-Kamera fortlaufend in kurzen Zeitabständen gemessen wird, daß in einem Umformer den gemessenen Temperaturen entsprechende elektrische Signale gebildet werden, daß in einer Steuereinrichtung aus jedem einzelnen dieser Signale oder aus dem Mittelwert mehrerer Signale ein Stellsignal gebildet wird, das dann den Stellungsregler eines motorisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigten Dosierventils für die Wasserzufuhr steuert

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fortlaufenden Temperaturmessungen und damit die Einstellungen der Wasserdosierung mit Zeitabständen von 0,1 bis 10 see vorgenommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man auf dem Durchlaufweg des Kühlgutes in mehreren, in Abständen angeordneten Bereichen die Temperatur mißt und in den jeweils zugehörigen Bereichen die Wasserzufuhr entsprechend dosiert, wobei die erste Messung und Dosierung dort durchgeführt wird, wo das vom Sand mitgebrachte W-jser weitgehend verdunstet ist und die aus der Form kommenden Sandklumpen zerfallen sind und die zweite und gegebenenfalls weitere Messungen und Dosierungen dort durchgeführt werden, wo das im ersten bzw. vorhergehenden Bereich zugeführte Wasser weitgehend verdunstet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Eichung der Anlage die Nullstellung des Wasserdosierventils reguliert

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturmeß- und Wasserdosierbereich oder mehrere solcher Bereiche mit je folgenden Merkmalen vorgesehen ist bzw. sind:

a) im Innenraum der Kühltrommel (1) ist eine Infrarot-Kamera (4) oder eine Mehrzahl hintereinander, nebeneinander oder versetzt angeordneten Infrarot-Kameras installiert;

b) außerhalb der Kühltrommel (1) befindet sich eine Steuereinrichtung (5), welche die Temperaturmeßwertsignalc der Infrarotkameras aufnimmt und daraus ein Steuersignal für die Wasserzufuhr bildet;

c) eine Wasserzuführleitung (8) ist in den Innenraum der Kühltrommel geführt und mündet in Auslaufrohre, Spritz- oder Sprühdiiscn (9), die im Temperaturmeßbereich liegen;

d) in der Wasscr/.uführlcitung (8) befindet sich ein Dosierventil (7), das motorisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigt ist, wobei für diese Betätigung ein von der Steuereinrichtung (5) gesteuerter Stellungsrcgier (6) vorgesehen ist;

c) in Durchlaufrichtung vor dem Dosierventil (7) befindet sich ein Absperrventil (10), das durch Koppelung mit dem Trommelantrieb bei Trommelstillstand die Wasserzufuhr unterbricht

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik der Infrarot-Kamera (4, F i g. 2) auf eine mittlere Stelle, bzw. eine Stelle etwa größter Dicke des Kühlguts (11) gerichtet ist, so wie sich das Kühlgut (11) infolge der Drehung der Kühltrommel einstellt (F i g. 2).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Temperaturmeß- und Wasserdosierbereich an der Stelle der Kühltrommel angeordnet ist, wo das vom Sand mitgebrachte Wasser weitgehend verdunstet ist und die aus der Form kommenden Sandklumpen zerfallen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter oder weiterer Temperaturmeß- und Wasserdosierbereich an der Stelle der Kühltrommel angeordnet ist, wo das im vorhergehenden Bereich zugegebene Wasser weitgehend verdunstet ist

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaufrohre, Spritz- oder Sprühdüsen (9, F i g. 2) so nach oben gerichtet sind, daß ihre Mündungen oberhalb der Wasserzuführleitung (8) liegen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (10) ein elektromagnetisches, über den Steuerstrom des Kühltrommelantriebs gesteuertes Ventil ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosierventil (7) in seiner Nullstellung regulierbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis

11, gekennzeichnet durch eine Infrarot-Kamera (4, Fig.3) mit einem äußeren Schutzgehäuse (12), das einen Zwischenraum um die Außenwandungen der Infrarot-Kamera bildet, einem an der Rückseite der Kamera gelegenen Einströmungsstutzen (13) für Druckluft, einem die Optik der Kamsi a umgebenden Ringschlitz und einem über die Optik hinausragendem Schutzrohr.