[0001] Die Erfindung betrifft den vollautomatischen Betrieb einer Gießereikühltrommel für
das gleichzeitige Kühlen von aus der Form entleertem Form- und Kernsand und Gußstück,
und hierbei die automatische Dosierung der für optimale Kühlungsbedingungen jeweils
erforderlichen Wassermenge.
[0002] Beim heutigen Betrieb der Formgießerei sind die Kühltrommeln wichtige Einrichtungen.
Einerseits erlauben sie einen schnelleren und automatisierten Betriebsablauf. 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 Verfügung. Neben diesen, der Produktion dienenden Vorteilen gewinnen diese Kuhltrommeln
zunehmend an Bedeutung, weil gegenüber früheren Arbeitsweisen weniger Lärm, weniger
Hitzeabsfahlung und weniger Staub entsteht und umweltfreundlichere Verhältnisse und
humanere Bedingungen am Arbeitsplatz geschaffen werden.
[0003] Diese Kühltrommeln werden um die horizontale 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 Aenderungen unterliegen, momentan
berücksichtigt werden. Diese Bedingungen, insbesondere die eingebrachte Wärmemenge,
ändern sich z.B. dadurch, daß verschiedene Gießtemperaturen ange-. wendet werden,
daß die Zeitabstände zwischen Vergiessen und Einlauf in die Kühltrommel und damit
die Eingangstemperaturen wechseln oder daß ein wechselndes Volumenverhältnis von Gußstück
zu Sand vorliegt. Auch der zeitliche Durchlauf des Gußstücks durch die Kühltrommel
kann je nach Gewicht und Gestalt des Gußstücks Aenderungen unterworfen sein. Während
des gesamten Durchlaufs durch die Kühltrommel soll die Wassermenge so bemessen werden,
daß der Sand nicht klumpt und an jeder Stellte 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 50°C und einen
Wassergehalt von 1 bis 2 % und der Guß eine Temperatur von 60 bis 100°C haben soll.
[0004] Um diesen Verhältnissen Rechnung zu tragen, wurde bisher teils mit empirischen, teils
mit indirekten bzw. auf theoretischen Berechnungen fußenden Methoden gearbeitet.
[0005] 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.
[0006] 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 zwischen Abgießen und Einlauf in die Kühltrommel,
Einlaufgeschwindigkeit und -masse in die Kühltrommel in eine Steuereinrichtung (Computer)
eingegeben wurden. Die programmatische Verarbeitung dieser Vielzahl von Steuerungsgrößen
liefert dann die Impulse für einen Stellungsregler des Wasserzufuhrventils.
[0007] 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,
Ueberfüh rung 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.
[0008] Man hat auch in der Trommelwand Bohrungen angebracht, um die Temperatur des herausriuselnden
Sandes zu messen. Hierbei gab es folgende Schwierigkeiten: Sind die Löcher zu klein,
verstopfen sie leicht, sind sie grösser, rieselt zu viel Sand heraus. Auch die Messungen
der Ablufttemperatur führte nicht zum Erfolg, da sie die Verhältnisse am Ort der Kühlung
zu ungenau wiedergibt. Außerdem erfolgt auch bei diesen beiden Methoden die Korrektur
der Wasserzufuhr mit zu großer Verzögerung.
[0009] 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.
[0010] 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 korrigierbarer
Weise mittels einer automatisierten und spontan reagierenden Dosierung der in die
Kühltrommel einzuleitenden Wassermenge zu erreichen. Gegenstand der Erfindung ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe.
[0011] 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 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
Ventils für die Wasserzufuhr steuert.
[0012] Die Zeitabstände zwischen zwei Messungen können etwa 0,1 bis 10 sec. betragen. Brauchbare
Mittelwerte erhält man bereits aus zwei Messungen. Für die Berech- nung von Mittelwerten
können aufeinanderfolgende Meßwerte einer Infrarot-Kamera oder die Meßwerte mehrerer
Infrarot-Kameras zugrundegelegt werden.
[0013] Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß
ein Temperaturmeß-und Wasserdosierbereich oder mehrere solcher Bereiche mit je folgenden
Merkmalen vorgesehen ist bzw. sind:
a) im Innenraum der Kühltrommel ist eine Infrarot-Kamera oder eine Mehrzahl von in
Durchlaufrichtung hintereinander, nebeneinander oder versetzt angeordneten Infrarot-Kameras
installiert,
b) außerhalb der Kühltrommel befindet sich eine Steuereinrichtung, welche die Temperaturmeßwertsignale
der Infrarot-Kameras aufnimmt und daraus ein Steuersignal für die Wasserzufuhr bildet,
c) eine Wasserzuführleitung ist in den Innenraum der Kühltrommel geführt und mündet
in Auslaufrohre, Spritz- oder Sprühdüsen, die im Temperaturmeßbereich liegen,
d) in der Wasserzuführleitung befindet sich ein Dosierventil, das motorisch, hydraulisch
oder pneumatisch betätigt wird, wobei für diese Betätigung 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.
[0014] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird eine, in den Zeichnungen dargestellte
Ausführungsform beschrieben.
Fig. 1 zeigt die Kühltrommel mit der erfindungsgemäßen Wasserdosiervorrichtung,
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt dieser Kühltrommel,
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zur Sauberhaltung der Optik
ausgerüstete Infrarot-Kamera.
[0015] Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei in Durchlaufrichtung mit Abstand
hintereinander angeordnete Meßbereiche vorgesehen. Jeder Meßbereich bedient ein vollständiges
und unabhängig arbeitendes Dosiersystem.
[0016] Die Kühltrommel 1 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 1 auf ein Förderband.
[0017] Für den, vom Einlauf gesehen, ersten Meßbereich ist die Infrarot-Kamera 4a 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 11 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 Meß- und Wasserdosierbereich soll
da liegen, wo das vom Sand mitgebrachte Wasser weitgehend verdunstet ist und die aus
der Form kommenden Sandklumpen zerfallen sind.
[0018] 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 sec. 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.
[0019] 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 Meßwertsignalen ein Mittelwert gebildet wird.
[0020] Vom Dosierventil 7a ist die Wasserzuführleitung 8a in den Innenraum der Kühltrommel
1 geführt, wo sie durch ein oder mehrere Auslaufrohre, Spritz- oder Sprühdüsen 9a
die für den gewünschten Kühl- und Konditioniereffekt optimale Wassermenge abgibt.
Mit Vorteil sind die Auslaufrohre, Spritz- oder Sprühdüsen 9 so nach oben gerichtet,
daß ihre Mündungen oberhalb der Wasserzuführleitung 8a liegen.
[0021] In Durchlaufrichtung vor dem Dosierventil 7a befindet sich das Absperrventil 10a,
mit dem bei Stillstand der Kühltrommel 1 die Wasserzufuhr sofort unterbrochen wird.
Mit Vorteil verwendet man ein elektromagnetisch betätigtes Absperrventil, das über
den Steuerstrom des Kühltrommelantriebs gesteuert wird.
[0022] Zur Eichung der Anlage ist die Nullstellung des Dosierventils 7a regulierbar.
[0023] Die Vorrichtung arbeitet vollautomatisch in der Weise, daß die aktuelle Temperatur
unmittelbar und daher sehr schnell und zuverlässig auf die Wasserzufuhr bzw. deren
Dosierung einwirkt und daß pro Meß- und Dosierbereich nur soviel Wasser zugeführt
wird, daß der Sand rieselfähig bleibt, aber nicht zu trocken wird.
[0024] Bei der dargestellten Ausführungsform ist auch ein zweiter Meßbereich mit selbständig
arbeitendem Dosiersystem vorgesehen. Dieses ist in gleicher Weise wie das vorstehend
beschriebene System aufgebaut und umfaßt die Infrarot-Kamera 4b, die elektrische Leitung
15b, die Steuereinrichtung 5b, den Stellungsregler 6b, das Dosierventil 7b, die Wasserzuführleitung
8b, die Auslaufrohre, Spritz- oder Sprühdüsen 9b und das Absperrventil 10b.
[0025] Der Abstand zwischen den 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.
[0026] 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 Durchlauf strecke 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 Mehrfachausrüstungen
sind z.B. Länge, Durchmesser, Betriebsdrehzahl und sonstige Konstruktions- und Betriebsmerkmale
der Kühltrommel sowie auch die Art des Gießprogramms maßgebend.
[0027] 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 Fig. 3.
[0028] 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, welche 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 daa Anschlußkabel und mit 17 die Rohrleitung für das Durchlaufmedium
des normalen Kühlsystems bezeichnet. Neben dem Zweck der Sauerhaltung der Optik dient
das .Schutzgehäuse 12 auch noch der Wärmeisolierung und dem Schutz vor mechanischen
Beschädigungen.
[0029] Die Erfindung bietet den Vorteil, daß für jedes Gießprogramm, jedes Verhältnis von
Sand zu Metall und jede Gußstückgröße vollautomatisch die optimale Wassermenge zugeführt
wird, wobei diese Automatik auch bei allen im Gießereibetrieb unvermeidlichen Unregelmässigkeiten
und bei Aenderung des Gießprogramms voll wirksam ist und in Sekundenschnelle die Wasserzufuhr
den augenblicklich gegebenen Verhältnissen anpaßt. Die Vorrichtung ist konstruktiv
einfach und anpassungsfähig, einerseits an alle Kühltrommelkonstruktionen, andererseits
an alle Betriebseigenarten.
1. Verfahren zur automatischen Wasserdosierung zum 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
Zeitabstände 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 sec
vorgenommen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man auf dem Durchlaufweg
des Kühlguts 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
Wasser 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 Verfahren 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 zersetzt angeordneten Infrarot-Kameras installiert;
b) außerhalb der Kühltrommel (1) befindet sich eine Steuereinrichtung (5), welche
die Temperaturmeßwertsignale der Infrarot-Kameras 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 Sprühdüsen (9), die im Temperaturmeßbereich liegen;
d) in der Wasserzuführleitung (8) befindet sich ein Dosierventil (7), das motorisch,
pneumatisch oder hydraulisch betätigt ist, wobei für diese Betätigung ein von der
Steuereinrichtung (5) gesteuerter Stellungsregler (6) vorgesehen ist;
e) 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, Fig. 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 (Fig. 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, Fig. 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
gestuertes 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, einen an der Rückseite der Kamera gelegenen Einströmungsstutzen
(13) für Druckluft, einem die Optik der Kamera umgebenden Ringschlitz und einem über
die Optik hinausragenden Schutzrohr (16).