EP0483191B1 - Vorrichtung und verfahren zum steuern und regeln der formfüllgeschwindigkeit und des giessdruckes einer niederdruckkokillengiessmaschine - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum steuern und regeln der formfüllgeschwindigkeit und des giessdruckes einer niederdruckkokillengiessmaschine Download PDF

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EP0483191B1
EP0483191B1 EP90910641A EP90910641A EP0483191B1 EP 0483191 B1 EP0483191 B1 EP 0483191B1 EP 90910641 A EP90910641 A EP 90910641A EP 90910641 A EP90910641 A EP 90910641A EP 0483191 B1 EP0483191 B1 EP 0483191B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
probe
furnace chamber
chamber
casting
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP90910641A
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English (en)
French (fr)
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EP0483191A1 (de
Inventor
Georg Bilz
Hans Lämmermann
Alfred Dobner
Klaus Sterner
Klaus Riess
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Novelis Deutschland GmbH
Original Assignee
Alcan Deutschland GmbH
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/08Controlling, supervising, e.g. for safety reasons

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for controlling and regulating the mold filling speed and the casting pressure of a low-pressure die casting machine, preferably for aluminum casting, whose hermetically lockable furnace space or container which holds the liquid casting material can be connected to the mold via a riser pipe leading to it which the casting material is pressed into the mold by means of gas pressure built up in the furnace chamber or container via a compressed gas supply line, with at least one contact probe in a height that can be changed in a probe chamber which projects into the furnace chamber or container from above and is open at its lower end for the entry of the casting material is arranged which gives a signal to a device for controlling the pressure gas inflow to the furnace chamber when contact is made with the casting material rising due to the gas pressure in the probe pressure.
  • Such a control device using at least one contact probe is already known (DE-AS 28 08 588).
  • a contact probe which can also be moved in its height position, is used to control and regulate the gas pressure in the furnace chamber over the entire casting cycle.
  • the contact probe has two scanning needles with probe tips at different heights.
  • the pressure gas flow to the furnace chamber or container of the casting material is regulated so that the level of the casting material is held in the probe chamber integrated in the riser pipe between the lower and the upper probe tip of the contact probe, the height of the probe corresponding to the desired gas pressure in the furnace chamber or Container is set.
  • This known device has the disadvantage that the probe tips of the contact probe are in contact with or immersed in the liquid casting material several times or even continuously during each casting process, as a result of which the contact probe rapidly due to adhesion of residues and oxides of the casting material or through dissolution by the casting material loses its functional accuracy.
  • the contact probe rapidly due to adhesion of residues and oxides of the casting material or through dissolution by the casting material loses its functional accuracy.
  • Devices for regulating the casting pressure in low-pressure die casting machines are also known (DE-AS 23 31 956), in which the gas pressure in the furnace space or in the container for the liquid casting material is set and controlled in a computer-controlled manner in accordance with a predetermined pressure / time curve.
  • the pressurized gas is supplied through two pressurized gas feed lines with different flow cross sections.
  • Several contact probes are provided, which are arranged immovably over the path of the rising height of the casting material and which partially or completely open and close the two compressed gas supply lines via complicated pneumatic control elements and thus ensure a gas pressure which can be regulated within wide limits in accordance with the control specifications. With each casting cycle, these contact probes are again immersed in the liquid casting material which is pushed up to or beyond them, so that they have the same disadvantage as the probe in the first known device.
  • the invention is therefore based on the object, in a device and in a method of the type mentioned, to maintain the functionality of the contact probe unchanged over a large number of casting cycles and thus to eliminate disturbances in the regulation of the casting pressure, and to regulate the compressed gas supply introduced by the probe structurally as simple and reliable as possible.
  • the contact probe upon contact with the casting material rising due to the gas pressure in the probe chamber in which it gives a signal to a device for regulating the pressure gas flow to the furnace chamber or container, in which it receives the probe chamber in such a higher position which is not reached during the casting process by the level of the casting material, and that a measuring device is provided for measuring the gas pressure given in the upper region of the furnace space or container for the casting material, which measures the measured gas pressure in the form of a signal to the device Control of the compressed gas flow passes.
  • the contact probe therefore only operates once during a casting cycle, and it indicates the contact entry to the device for controlling the pressure gas inflow, as a result of which the further control and regulation of the gas pressure in the furnace chamber or container over time after a predetermined time Program can be initiated.
  • the gas pressure measured at that moment by the measuring device in the furnace chamber or container can be used as a reference pressure for the further control process.
  • the gas pressure given in the furnace chamber or container can be continuously measured again with the provided pressure measuring device and the pressure gas inflow to the furnace chamber or container can be regulated in accordance with the respectively measured actual pressures and the target pressures specified by the control.
  • the contact probe can be set in such a high position in the probe space that its scanning tip lies approximately at the height of the outlet opening of the riser tube which can be connected to the mold. This height corresponds approximately to the level of the casting material shortly before the mold is filled, i.e. a level that is slightly below the mold cavity.
  • the probe chamber is expediently hermetically sealed, with the exception of its lower opening, for the entry of the casting material, so that a gas pressure can be built up above the casting material rising in this chamber, which prevents the casting material from rising up to the contact probe in its raised position with certainty.
  • the upper part of the probe chamber can be connected to the furnace chamber or to the compressed gas compensation line with a shut-off valve Connect the container for the liquid casting material.
  • This shut-off device can be a shuttle valve which can be controlled so that at the start of a casting cycle it first opens the upper probe chamber to the outside air (vent position) when the contact probe comes into contact with the casting material that is pushed up in the probe chamber, closes the vent opening and opens the pressure compensation line to the furnace chamber and thus establishes the gas pressure balance between the probe chamber and the furnace chamber.
  • the passage cross section of the compressed gas supply line can expediently be changed as a function of the gas pressure specified in the furnace chamber or container by the control program.
  • the compressed gas feed line is divided into a plurality of branch lines which are brought together again before they enter the furnace chamber or container and each have an unchangeable passage cross-section, preferably in the form of a fixed orifice, for the compressed gas and a shut-off valve.
  • the fixed orifices can have different through-openings and can be opened or closed individually or in any combination by the device for regulating the pressure gas inflow, as a result of which the pressure gas inflow required to the furnace or container, which is responsible for the rate of rise of the casting material in the riser pipe, can be precisely regulated.
  • This simple control and regulation is cheap, technically unproblematic and least susceptible to malfunction.
  • FIG. 1 of the drawing shows a particularly advantageous exemplary embodiment of the control device according to the invention in a low-pressure casting system for aluminum casting, which is described in more detail below.
  • FIG. 2 shows the gas pressure control possible in the course of a casting cycle with the device according to the invention in a pressure time diagram.
  • the casting plant shown in FIG. 1 consists of a metal melting furnace 1, into which a riser pipe 2 projects obliquely up to its bottom, which at its outer end has a connecting flange 3 for coupling to a connecting flange 4 with a casting opening and a mold 5 with a mold cavity 6 Is provided.
  • This contact probe consists of a contact plate 13 which is seated on a guide rod 14 actuated by the drive cylinder 12.
  • the height of the probe 13 with the guide rod 14 can be adjusted and changed in the probe chamber 10 by the drive cylinder 12.
  • the probe chamber 10 receiving the probe 13 is, with the exception of its lower inlet opening 8 for the casting material and the confluence with the furnace chamber 7 leading gas pressure compensation line 17 and a vent in the shuttle valve 18 hermetically sealed.
  • a compressed gas supply line 19 opens into the furnace chamber.
  • This compressed gas supply line is subdivided into six branch lines 20 to 25, which are brought together again before they open into the furnace chamber 7 and each have an open-close control valve 26.
  • the branch lines 20 to 24 are also provided with fixed orifices 27 to 31 which determine the passage of the gas volume and which have different passage cross sections.
  • the lines 20 to 25 provided with the fixed orifices can be opened individually or in any combination via their control valves 26, so that the volume of pressurized gas required for the required climbing speed in the riser pipe 2 can be introduced into the furnace chamber 7 via the pressurized gas supply line 19 .
  • the control valve 26 in the branch line 25 also serves, together with the throttle valve 32 also arranged in this branch line, for regulating the leakage compensation.
  • a vent line 33 with a vent valve 34 is connected to this line.
  • a gas pressure measuring line 35 which leads to a measuring device 36 designed as a pressure-current converter, which transmits the gas pressure registered by him via line 35 in the furnace chamber 7 via electrical signals to an electrical control unit 37, which is used for the control the valves 11, 18, 26 and 34 is set up.
  • the operation of the control device of this embodiment of the invention works as follows: First, the probe 13 is set at a height within the probe space 10, which corresponds approximately to the outlet opening of the riser pipe 2 in the area of its coupling flange 3.
  • the shuttle valve 18 is switched so that the upper probe chamber is vented.
  • corresponding adjustment of the control valves 26 in the branch lines 20 to 25 of the pressurized gas feed lines 19 introduces pressurized gas into the furnace chamber 7, until the metal melt in the probe chamber 10 builds up to the lower edge of the contact probe 13 due to the gas pressure thus built up in the furnace chamber has been pushed up.
  • the contact between the pressed metal melt and the contact probe 13 is registered by the latter and reported to the electrical control unit 37, which then initiates further control of the compressed gas flow via the line 19 into the furnace chamber according to a predetermined program.
  • the probe 13 is raised by the drive cylinder 12 within the probe space 10 to a height position in which it remains out of contact with the cast material pushed up in the probe space during the entire subsequent casting process and the shuttle valve 18 is switched over, so that the vent opening of the upper probe space is closed and the compressed gas compensation line 17 is opened, whereby the gas pressure in the furnace chamber 7 is transferred into the probe chamber 10 above the metal melt therein and the metal melt which has risen in this chamber is pressed back to the level of the melt in the furnace chamber 7.
  • the gas pressure given at this point in time in the furnace space 7 is measured by the measuring device and its measurement result is passed on electrically to the electrical control device 37, which is the height given at that moment of the gas pressure in the furnace chamber 7 is used as a reference variable for the further control of the casting pressure in the furnace chamber.
  • the numerals in the rectangles in FIG. 2 denote measuring points at which the pressure gas inflow and thus the further time course of the pressure rise in the furnace space undergoes a change in the course of a casting cycle.
  • the first section of the curve located between the measuring points 1 and 2 shows the increase in the gas pressure up to the point in time at which the metal melt has reached the contact probe 13 in the probe chamber 10 set at the level of the coupling flange 3 of the riser pipe 2 (level line A).
  • level line A level line A
  • This pressure build-up phase is followed by the phase of the beginning of the filling of the mold cavity 6 in the mold 5, which is characterized by the curve section between the measuring points 2 and 3 of the pressure-time curve according to FIG. 2.
  • the pressure increase per unit of time is somewhat less than in the previous pressure build-up phase.
  • phase of the main mold filling which is characterized by the curve section between the measuring points 3 and 4 in FIG. 2, followed by the phase of the end of the mold filling with an increased pressure increase according to the curve section given between the measuring points 4 and 5, until the mold cavity 6 is completely filled (level line B).
  • This phase is initially followed by a renewed increase in pressure, the holding pressure phase, which is characterized by the curve section between measuring points 5 and 6, and then the phase of the holding of this holding pressure, which is used for the make-up, which is characterized by the curve section between measuring points 6 and 7.
  • the gas pressure in the furnace chamber 7 is reduced to zero by opening the vent valve 34, which is shown in FIG. 2 by the curve section between the measuring points 7 and 8.
  • the still liquid metal from the sprue and riser pipe sinks back into the furnace.
  • control valves 26 are opened or closed in different combinations, as can be seen from the following example:
  • control valves remain in their set position in the individual phases of the casting cycle until the gas pressure in the furnace chamber 7, which is continuously measured by the measuring device 36, has reached the respective target pressure specified according to the control program.
  • control and leakage loss valve 26 located in the branch line 25 is used, which according to the leaks determined by gas pressure measurement in the entire gas pressure system continuously allows a certain amount of compressed gas to flow into the furnace interior 7. Observing the constancy of the gas pressure during the holding pressure phase can serve to register changes in the total leakage losses and to compensate for them by adjusting the loss compensation accordingly.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern und Regeln der Formfüllgeschwindigkeit und des Gießdruckes einer Niederdruckkokillengießmaschine, vorzugsweise für den Aluminiumguß, deren hermetisch abschließbarer, das flüssige Gießmaterial aufnehmender Ofenraum oder Behälter mit der Kokille über ein zu dieser führendes Steigrohr verbunden werden kann, über welches das Gießmaterial mittels in dem Ofenraum oder Behälter über eine Druckgaszuleitung aufgebauten Gasdruck in die Kokille gedrückt wird, wobei mindestens eine Kontaktsonde in einem in den Ofenraum oder Behälter von oben hineinragenden und an seinem unteren Ende für den Eintritt des Gießmaterials offenen Sondenraum in ihrer Höhenlage veränderbar angeordnet ist, die bei Kontakteintritt mit dem durch den Gasdruck im Sondendruck hochsteigenden Gießmaterial ein Signal an eine Einrichtung zur Steuerung des Druckgaszustromes zum Ofenraum gibt.
  • Eine derartige Steuervorrichtung unter Verwendung mindestens einer Kontaktsonde ist bereits bekannt (DE-AS 28 08 588). Bei dieser bekannten Vorrichtung wird eine ebenfalls in ihrer Höhenstellung verfahrbare Kontaktsonde dazu verwendet, den Gasdruck im Ofenraum über den gesamten Gießzyklus zu steuern und zu regeln. Die Kontaktsonde besitzt dort zwei Abtastnadeln mit in unterschiedlicher Höhe befindlichen Tastspitzen. Der Druckgaszustrom zum Ofenraum bzw. Behälter des Gießmaterials wird dabei so geregelt, daß der Niveauspiegel des Gießmaterials in dem im Steigrohr integrierten Sondenraum zwischen der unteren und der oberen Tastspitze der Kontaktsonde gehalten wird, wobei die Sonde in ihrer Höhenlage entsprechend dem gewünschten Gasdruck im Ofenraum bzw. Behälter eingestellt wird.
  • Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß die Tastspitzen der Kontaktsonde während jeden Gießvorganges mehrfach oder sogar ständig mit dem flüssigen Gießmaterial in Kontakt stehen bzw. in dieses eintauchen, wodurch die Kontaktsonde wegen Anhaftung von Resten und Oxiden des Gießmaterials oder durch Anlösung durch das Gießmaterial rasch seine Funktionsgenauigkeit verliert. Außerdem besteht für den Sondenraum durch die zyklisch in ihm auf- und absteigende Schmelze die Gefahr des Zuwachsens durch auskristallisierende Schmelze des Gießmaterials, so daß dieser Raum ebenso wie das Steigrohr stark beheizt und durch regelmäßiges Ausputzen funktionsfähig gehalten werden muß.
  • Es sind auch Vorrichtungen zur Regelung des Gießdruckes bei Niederdruckkokillengießmaschinen bekannt (DE-AS 23 31 956), bei welchen der Gasdruck im Ofenraum bzw. im Behälter für das flüssige Gießmaterial rechnergesteuert entsprechend einer vorgegebenen Druck/Zeitkurve eingestellt und geregelt wird. Das Druckgas wird dort durch zwei Druckgaszuleitungen mit unterschiedlichem Strömungsquerschnitt zugeführt. Dabei sind mehrere Kontaktsonden vorgesehen, die unbeweglich über den Weg der Steighöhe des Gießmaterials angeordnet sind und über komplizierte pneumatische Regelorgane das teilweise oder gänzliche Öffnen und Schließen der beiden Druckgaszuleitungen bewirken und so einen in weiten Grenzen regelbaren Gasdruck entsprechend den Steuervorgaben gewährleisten. Diese Kontaktsonden tauchen bei jedem Gießzyklus erneut in das bis zu ihnen oder über sie hinaus hochgedrückte flüssige Gießmaterial ein, so daß sie mit dem gleichen Nachteil wie die Sonde bei der erstgenannten bekannten Vorrichtung behaftet sind.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung und bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung die Funktionsfähigkeit der Kontaktsonde über eine große Anzahl von Gießzyklen unverändert aufrechtzuerhalten und damit Störungen bei der Regelung des Gießdruckes auszuschalten, sowie die Regelung der durch die Sonde eingeleiteten Druckgaszufuhr konstruktiv möglichst einfach und betriebssicher zu gestalten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kontaktsonde bei Kontakteintritt mit dem durch den Gasdruck im Sondenraum hochsteigenden Gießmaterial, bei welchem sie ein Signal an eine Einrichtung zur Regelung des Druckgaszustromes zum Ofenraum oder Behälter gibt, in dem sie aufnehmenden Sondenraum in eine solch höhere Lage bewegbar ist, die während des Gießvorganges von dem Niveau des Gießmaterials nicht erreicht wird, und daß eine Meßeinrichtung für die Messung des im oberen Bereich des Ofenraumes oder Behälters für das Gießmaterial gegebenen Gasdruckes vorgesehen ist, die den gemessenen Gasdruck in Form eines Signals an die Einrichtung zur Steuerung des Druckgasstromes weitergibt. Die Kontaktsonde tritt also während eines Gießzyklusses nur einmal in Funktion, wobei sie der Einrichtung zur Steuerung des Druckgaszustromes den Kontakteintritt anzeigt, wodurch der Ablauf der weiteren Steuerung und Regelung des Gasdruckes im Ofenraum oder Behälter im Zeitablauf nach einem vorgegebenen Programm eingeleitet werden kann. Dabei kann der in diesem Augenblick von der Meßeinrichtung im Ofenraum oder Behälter gemessene Gasdruck als Referenzdruck für den weiteren Steuerungsablauf verwendet werden. Für die weitere Regelung des Gasdruckes im Ofenraum kann mit der vorgesehenen Druckmeßeinrichtung der im Ofenraum oder Behälter gegebene Gasdruck laufend erneut gemessen und nach Maßgabe der jeweils gemessenen Istdrücke sowie der von der Steuerung vorgegebenen Solldrücke der Druckgaszustrom zum Ofenraum oder Behälter geregelt werden.
  • Der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und diesem Verfahren nur einmal während eines ganzen Gießzyklusses gegebene kurze Kontakt zwischen der Kontaktsonde und dem im Sondenraum hochgedrückten Gießmaterial gewährleistet, daß die Kontaktsonde weitgehend geschont und von einer Verkrustung durch Gießmaterial freigehalten wird.
  • Die Kontaktsonde kann in eine solche Höhenlage im Sondenraum einstellbar sein, daß ihre Abtastspitze etwa in Höhe der mit der Kokille verbindbaren Austrittsöffnung des Steigrohres liegt. Diese Höhenlage entspricht etwa dem Gießmaterialspiegel kurz vor Beginn der Formfüllung, also einem Niveau, das sich geringfügig unterhalb des Formhohlraumes befindet.
  • Zweckmäßig ist der Sondenraum mit Ausnahme seiner unteren Öffnung für den Eintritt des Gießmaterials hermetisch abschließbar, so daß oberhalb des in diesem Raum hochsteigenden Gießmaterials ein Gasdruck aufgebaut werden kann, der ein Hochsteigen des Gießmaterials bis zur Kontaktsonde in ihrer hochgezogenen Stellung mit Sicherheit verhindert. Zu diesem Zweck kann der Sondenraum in seinem oberen Bereich über eine mit einem Absperrventil versehene Druckgasausgleichsleitung mit dem Ofenraum oder Behälter für das flüssige Gießmaterial in Verbindung stehen. Dieses Absperrorgan kann ein Wechselventil sein, welches so steuerbar ist, daß es bei Beginn eines Gießzyklusses zunächst den oberen Sondenraum zur Außenluft hin öffnet (Entlüftungsstellung) bei Kontakteintritt der Kontaktsonde mit dem im Sondenraum hochgedrücktem Gießmaterial die Entlüftungsöffnung schließt und die Druckausgleichsleitung zum Ofenraum öffnet und damit den Gasdruckausgleich zwischen Sondenraum und Ofenraum herstellt.
  • Zur Regelung des Gasdruckes im Ofenraum ist der Durchtrittsquerschnitt der Druckgaszuleitung zweckmäßig in Abhängigkeit von dem im Ofenraum bzw. Behälter vom Steuerungsprogramm vorgegebenen Gasdruck veränderbar. Um die Einstellung des Durchtrittsquerschnittes und damit der Menge des dem Ofenraum zuzuleitenden Druckgases mit möglichst einfachen Regelorganen zu gewährleisten, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform die Druckgaszuleitung in mehrere Zweigleitungen unterteilt, die vor Einmündung in den Ofenraum oder Behälter wieder zusammengeführt sind und jeweils einen unveränderlichen Durchtrittsquerschnitt, vorzugsweise in Form einer Festblende, für das Druckgas sowie ein Absperrventil haben. Die Festenblenden können unterschiedliche Durchtrittsöffnungen haben und einzeln oder in beliebiger Kombination von der Einrichtung zur Regelung des Druckgaszustromes geöffnet oder geschlossen werden, wodurch der jeweils benötigte Druckgaszustrom zum Ofen oder Behälter, der für die Steiggeschwindigkeit des Gießmaterials im Steigrohr verantwortlich ist, genau geregelt werden kann. Diese einfache Zu- und Aufregelung ist billig, technisch unproblematisch und von geringster Störanfälligkeit.
  • In Fig. 1 der Zeichnung ist ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung bei einer Niederdruck-Gießanlage für Aluminiumguß dargestellt, das im folgenden näher beschrieben wird.
  • Fig. 2 zeigt die im Laufe eines Gießzyklusses mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mögliche Gasdrucksteuerung in einem Druckzeitdiagramm.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Gießanlage besteht aus einem Metallschmelzofen 1, in welchen bis nahe zu seinem Boden ein Steigrohr 2 schräg hineinragt, das an seinem äußeren Ende mit einem Verbindungsflansch 3 zur Ankoppelung an einen eine Eingußöffnung aufweisenden Verbindungsflansch 4 einer Kokille 5 mit Formhohlraum 6 ausgestattet ist. In den Ofenraum 7 ragt ebenfalls von oben bis nahe an dessen Boden heran ein an seinem unteren Ende 8 offener Rohrkörper 9 hinein, der einen Sondenraum 10 begrenzt, in welchem eine elektrische Kontaktsonde mittels eines pneumatisch oder hydraulisch über ein Ventil 11 gesteuerten Antriebszylinders 12 höhenverstellbar angeordnet ist. Diese Kontaktsonde besteht aus einer Kontaktplatte 13, die an einer von dem Antriebszylinder 12 betätigten Führungsstange 14 sitzt. Mit 15 ist das Niveau des im Metallschmelzofen 1 befindlichen Gießmaterials, der Metallschmelze, angegeben, welches durch einen verschließbaren Einlaß 16 in den Ofenraum 7 eingefüllt werden kann. Durch den Antriebszylinder 12 kann die Sonde 13 mit Führungsstange 14 in ihrer Höhenlage im Sondenraum 10 eingestellt und verändert werden.
  • Der die Sonde 13 aufnehmende Sondenraum 10 ist mit Ausnahme seiner unteren Eintrittsöffnung 8 für das Gießmaterial sowie der Einmündung einer zum Ofenraum 7 führenden Gasdruckausgleichsleitung 17 und einer Entlüftungsöffnung im Wechselventil 18 hermetisch abgeschlossen. Neben der Druckgasausgleichsleitung 17 mündet in den Ofenraum eine Druckgaszuleitung 19 ein. Diese Druckgaszuleitung ist in sechs Zweigleitungen 20 bis 25 unterteilt, die vor Einmündung in den Ofenraum 7 wieder zusammengeführt sind und jeweils ein Auf-Zu-Steuerventil 26 aufweisen. Die Zweigleitungen 20 bis 24 sind ferner mit den Durchtritt des Gasvolumens bestimmenden Festblenden 27 bis 31 versehen, die unterschiedlichen Durchtrittsquerschnitt haben. Die mit den Festblenden versehenen Leitungen 20 bis 25 können über ihre Steuerventile 26 einzeln oder in beliebiger Kombination geöffnet werden, so daß über sie das jeweils für die erforderliche Steiggeschwindigkeit im Steigrohr 2 erforderliche Volumen an Druckgas über die Druckgaszuleitung 19 in den Ofenraum 7 eingeleitet werden kann. Das Steuerventil 26 in der Zweigleitung 25 dient zusammen mit dem ebenfalls in dieser Zweigleitung angeordneten Drosselventil 32 außerdem zur Einregulierung des Leckageausgleichs.
  • Damit die Druckgaszuleitung 19 auch zur Entlüftung des Ofenraumes 7 verwendet werden kann, ist an diese Leitung eine Entlüftungsleitung 33 mit einem Entlüftungsventil 34 angeschlossen. In den Ofenraum 7 mündet ferner eine Gasdruckmeßleitung 35 ein, die zu einem als Druck-Stromwandler ausgebildeten Meßgerät 36 führt, das den von ihm über die Leitung 35 registrierten Gasdruck im Ofenraum 7 über elektrische Signale an ein elektrisches Steuergerät 37 weitergibt, das für die Steuerung der Ventile 11, 18, 26 und 34 eingerichtet ist.
  • Die Arbeitsweise der Steuervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung arbeitet wie folgt: Zunächst wird die Sonde 13 in einer Höhenlage innerhalb des Sondenraumes 10 eingestellt, die etwa der Austrittsöffnung des Steigrohres 2 im Bereich dessen Ankoppelungsflansches 3 entspricht. Das Wechselventil 18 ist so geschaltet, daß der obere Sondenraum entlüftet ist. Sodann wird bei geschlossenem Entlüftungsventil 34 über entsprechende Einstellung der Steuerventile 26 in den Zweigleitungen 20 bis 25 der Druckgaszuleitungen 19 Druckgas in den Ofenraum 7 eingebracht, bis durch den dadurch über der Metallschmelze im Ofenraum aufgebauten Gasdruck die Metallschmelze im Sondenraum 10 bis zur Unterkante der Kontaktsonde 13 hochgedrückt worden ist. Der Kontakteintritt zwischen der hochgedrückten Metallschmelze und der Kontaktsonde 13 wird von dieser registriert und an das elektrische Steuergerät 37 gemeldet, das dann nach einem vorgegebenen Programm die weitere Steuerung des Druckgasstromes über die Leitung 19 in den Ofenraum veranlaßt. Gleichzeitig wird die Sonde 13 durch den Antriebszylinder 12 innerhalb des Sondenraumes 10 in eine Höhenlage hochgezogen, in der sie während des gesamten folgenden Gießvorganges außerhalb eines Kontaktes mit dem im Sondenraum hochgedrückten Gießmaterial bleibt und das Wechselventil 18 wird umgeschaltet, so daß die Entlüftungsöffnung des oberen Sondenraumes geschlossen und die Druckgasausgleichsleitung 17 geöffnet wird, wodurch der im Ofenraum 7 befindliche Gasdruck in den Sondenraum 10 oberhalb der darin befindlichen Metallschmelze übergeleitet und die in diesem Raum hochgestiegene Metallschmelze auf das Niveau der im Ofenraum 7 befindlichen Schmelze zurückgedrückt wird.
  • Außerdem wird der zu diesem Zeitpunkt im Ofenraum 7 gegebene Gasdruck durch das Meßgerät gemessen und dessen Meßergebnis elektrisch an das elektrische Steuergerät 37 weitergegeben, das die in diesem Augenblick gegebene Höhe des Gasdrucks im Ofenraum 7 als Referenzgröße für die weitere Steuerung des Gießdruckes im Ofenraum verwendet.
  • Ab diesem Zeitpunkt wird die weitere zeitliche Steuerung und Regelung des Gießdruckes und damit die Steiggeschwindigkeit und Steighöhe der durch das Steigrohr 2 in den Formhohlraum 6 der Kokille 5 einzubringenden Metallschmelze durch Steuerung des Volumenstromes des in den Ofenraum 7 über die Druckgasleitung 19 einzuleitenden Druckgases über der Zeit entsprechend einer vorprogrammierten Druck-Zeit-Kurve 38 durchgeführt, wie sie aus Fig. 2 ersichtlich ist.
  • Die in den Rechtecken befindlichen Ziffern in Fig. 2 bezeichnen Meßpunkte, an denen im Verlauf eines Gießzyklusses der Druckgaszustrom und damit der weitere zeitliche Verlauf des Druckanstieges im Ofenraum eine Änderung erfährt. Der erste zwischen den Meßpunkten 1 und 2 befindliche Kurvenabschnitt zeigt den Anstieg des Gasdruckes bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Metallschmelze die auf Höhe des Ankopplungsflansches 3 des Steigrohres 2 eingestellte Kontaktsonde 13 im Sondenraum 10 erreicht hat (Niveaulinie A). Während dieser Phase des Druckanstieges im Ofen sind sämtliche Steuerventile 20 bis 25 in der Gasdruckzuleitung 19 geöffnet. An diese Druckaufbauphase schließt sich die Phase des Beginns der Füllung des Formhohlraumes 6 in der Kokille 5 an, die durch den Kurvenabschnitt zwischen den Meßpunkten 2 und 3 der Druck-Zeit-Kurve gemäß Fig. 2 gekennzeichnet ist. Der Druckanstieg pro Zeiteinheit ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, etwas geringer als in der vorangehenden Druckaufbauphase.
  • Darauf folgt die Phase der hauptsächlichen Formfüllung, die durch den Kurvenabschnitt zwischen den Meßpunkten 3 und 4 in Fig. 2 gekennzeichnet ist, worauf sich die Phase des Endes der Formfüllung mit einem verstärkten Druckanstieg gemäß dem zwischen den Meßpunkten 4 und 5 gegebenen Kurvenabschnitt anschließt, bis der Formhohlraum 6 vollständig gefüllt ist (Niveaulinie B). Auf diese Phase folgt zunächst mit erneut verstärktem Druckanstieg die Nachdruckphase, die durch den Kurvenabschnitt zwischen den Meßpunkten 5 und 6 gekennzeichnet ist, und dann die Phase der zur Formnachspeisung dienenden Aufrechterhaltung dieses Nachdruckes, die durch den Kurvenabschnitt zwischen den Meßpunkten 6 und 7 gekennzeichnet ist. Am Ende dieser Nachdruckphase wird durch Öffnen des Entlüftungsventils 34 der Gasdruck im Ofenraum 7 auf Null abgebaut, was in Fig. 2 durch den Kurvenabschnitt zwischen den Meßpunkten 7 und 8 dargestellt ist. Dabei sinkt das noch flüssige Metall aus Angußlauf und Steigrohr in den Ofen zurück.
  • Je nach Stärke des gewünschten Druckaufbaus in den Kurvenabschnitten zwischen den Meßpunkten 1 bis 6 werden die Steuerventile 26 in unterschiedlicher Kombination geöffnet oder geschlossen, wie es sich aus folgendem Beispiel ergibt:
    Figure imgb0001
  • Die Steuerventile bleiben in den einzelnen Phasen des Gießzyklusses so lange in ihrer eingestellten Stellung, bis der von dem Meßgerät 36 laufend gemessene Gasdruck im Ofenraum 7 den jeweiligen nach dem Steuerprogramm vorgegebenen Solldruck erreicht hat.
  • Zur Aufrechterhaltung des Nachdruckes für die Dauer der vorgenannten Nachspeisungsphase dient das in der Zweigleitung 25 befindliche Regel- und Leckageverlustventil 26, welches entsprechend den durch Gasdruckmessung ermittelten Undichtigkeiten im gesamten Gasdrucksystem ständig eine bestimmte Menge Druckgas in den Ofeninnenraum 7 einströmen läßt. Die Beobachtung der Konstanz des Gasdruckes während der Nachdruckphase kann dazu dienen, Veränderungen in den Gesamtleckverlusten zu registrieren und durch entsprechende Nachregulierung des Verlustausgleiches zu kompensieren.

Claims (13)

  1. Vorrichtung zum Steuern und Regeln der Formfüllgeschwindigkeit und des Gießdruckes einer Niederdruckkokillengießmaschine, deren hermetisch abschließbarer, das Gießmaterial aufnehmender Ofenraum (7) mit der Kokille (5) über ein zu dieser führendes Steigrohr (2) verbunden ist, über welches das Gießmaterial mittels in dem Ofenraum (7) über eine Druckgaszuleitung (19) aufgebauten Gasdruck in die Kokille (5) gedrückt wird, wobei mindestens eine Kontaktsonde (13) in einem in den Ofenraum (7) von oben hineinragenden und an seinem unteren Ende für den Eintritt des Gießmaterials offenen Sondenraum (10) in ihrer Höhenlage veränderbar angeordnet ist, die bei Kontakteintritt mit dem durch den Gasdruck im Sondenraum (10) hochsteigenden Gießmaterial ein Signal an eine Einrichtung (37) zur Steuerung des Druckgaszustromes zum Ofenraum gibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktsonde (13) bei Kontakteintritt in dem sie aufnehmenden Sondenraum (10) in eine solche Höhenlage hochbewegbar ist, die während des Gießvorganges von dem Niveau des flüssigen Gießmaterials nicht erreicht wird und daß eine Meßeinrichtung (36) für die Messung des im Ofenraum (7) gegebenen Gasdruckes vorgesehen ist, die den gemessenen Druck in Form eines Signales an die Einrichtung (37) zur Regelung des Druckgaszustromes weitergibt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktsonde (13) durch einen pneumatisch oder hydraulisch gesteuerten Antriebszylinder (12) auf- und abbewegbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktsonde (13) im Sondenraum (10) in einer solchen Höhenlage einstellbar ist, daß ihre Abtastspitze etwa in Höhe der mit der Kokille (5) verbindbaren Austrittsöffnung des Steigrohres (2) liegt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenraum (10) in seinem oberen Bereich eine verschließbare Entlüftungsöffnung hat.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenraum (10) mit Ausnahme seiner unteren Öffnung (8) für den Eintritt des Gießmaterials hermetisch abschließbar ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenraum (10) in seinem oberen Bereich über eine durch ein Wechselventil (18) absperrbare Druckgasausgleichsleitung (17) mit dem Ofenraum (7) in Verbindung steht.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselventil (18) so steuerbar ist, daß es bei Kontakteintritt der Kontaktsonde (13) mit dem im Sondenraum (10) hochgedrückten Gießmaterial so umschaltet, daß die Entlüftungsöffnung des Sondenraumes geschlossen und die Druckausgleichsleitung (17) geöffnet wird.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt der Druckgaszuleitung (19) in Abhängigkeit von dem im Ofenraum (7) gewünschten Gasdruck veränderbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des im Ofenraum (7) gewünschten Gasdruckes die Druckgaszuleitung (19) in mehrere Zweigleitungen (20 bis 25) unterteilt ist, die vor Einmündung in den Ofenraum wieder zusammengeführt sind und jeweils einen festen Durchtrittsquerschnitt (Festblende 27 bis 31) für das Druckgas sowie ein als Auf-Zu-Ventil ausgebildetes Steuerventil (26) haben.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile durch eine Einrichtung (37) zur Steuerung des Druckgaszustromes steuerbar sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der in den Ofenraum (7) einmündenden Druckgaszuleitung (19) ein Leckageventil (26, 32) angeordnet ist, das in Abhängigkeit von den im Ofenraum gemessenen durch Leckage gegebenen Gasdruckverlusten steuerbar ist.
  12. Verfahren zum Steuern des Gießdruckes einer Niederdruckkokillengießanlage (Metallgießanlage) mittels einer Kontaktsonde (13), die in einem in den Ofenraum (7) hineinragenden Sondenraum (10) höhenverstellbar ist und bei Kontakteintritt mit dem durch den Gasdruck im Sondenraum (10) hochsteigenden Gießmaterial ein Signal an eine Einrichtung (37) zur Steuerung des Druckgaszustromes zum Ofenraum (7) gibt, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kontakteintritt der Kontaktsonde (13) mit dem in Sondenraum (10) hochgedrückten Gießmaterial der Gasdruck im Ofenraum (7) gemessen und über ein elektrisches Signal als Referenzdruck für die weitere Steuerung des Druckgaszustromes zum Ofenraum verwendet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach Kontakteintritt der Kontaktsonde (13) mit dem im Sondenraum (10) hochgedrückten Gießmaterial der Gasdruck im Ofenraum laufend gemessen und der Druckgaszustrom zu dem Ofenraum nach Maßgabe des jeweils vom Steuerungsprogramm vorgegebenen Solldruckes im Ofenraum geregelt wird.
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