Verfahren und Vorrichtung zur Bewegungssteuerung einer Giesspfanne in einer Giessanlage

Abstract

 Die Giesspfanne (1) kann nicht nur mittels des Kippantriebes (3) und des Zugorganes (4) um eine ortsfeste Kippachse (6) geschwenkt werden, um Schmelze (1a) in eine Giessform (2) zu giessen bzw. den Giessvorgang zu unterbrechen, sondern die Kippachse (6) kann mittels eines Hubantriebes (11) um einen bestimmten Betrag (h) gehoben und gesenkt werden. Durch Hub- und Senkbewegungen der Kippachse (6) erfolgt die Kippbewegung der Giesspfanne (1) etwa um den Schwerpunkt (S) der Schmelze (1a). Damit werden Ausgleichsströmungen und Wellenbewegungen der Schmelze beim Vor- und Rückwärtskippen der Giesspfanne (1) wirksam verhindert, und es werden eindeutigere, zuverlässig steuerbare Vorgänge bei Giessbeginn und bei Beendigung des Giessens erzielt. Der Hubantrieb (11) und Kippantrieb (3) können dazu benutzt werden, die Giesspfanne (1) zusätzlich anzuheben, um sie beim ersten Giessvorgang unter Einhaltung eines bestimmten Sicherheitsabstandes zur Giessform (2) weiter gegen die Mitte der Giessform vorzuschieben.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewegungssteuerung einer Giesspfanne. Bestehende automatische Giessanlagen zum wiederholten geregelten Einfüllen flüssiger Metalle aus einer kippbaren Pfanne in nacheinander zugeführte Formen funktionieren folgendermassen: Die Schmelze läuft während des Giessens über einen Schnauzenstein mit dem Radius R aus der Pfanne, wobei die Kippachse der Pfanne mindestens annähernd durch den Mittelpunkt dieses Radius' verläuft, derart, dass unabhängig vom Kippwinkel der Pfanne annähernd gleiche geometrische und damit strömungstechnische Verhältnisse erreicht werden. Das Kippen erfolgt über einen geregelten Antrieb, der über mechanische Verbindungsglieder an der Pfanne angreift. Zur Regelung dieses Kippantriebes können Messonden vorgesehen sein und/oder der Giessvorgang kann weitgehend fest programmiert sein. Mit derartigen Einrichtungen erreicht man zwar einen einwandfreien Ablauf des Giessvorganges beim Angiessen, während des Giessens und bei Beendigung des Giessvorganges. Es ergeben sich jedoch drei Probleme bei Anlagen, in welchen Formen automatisch in möglichst schneller Taktfolge erstellt und gefüllt werden. Zum ersten fliesst nach dem Signal "Giessende" der Steuerung, das das Rückkippen einleitet, eine relativ grosse Menge Schmelze nach, bis der Giessstrahl endgültig abbricht. Zum zweiten tritt der umgekehrte Effekt auch beim Angiessen ein, das heisst, mit dem Signal "Giessbeginn" dauert es relativ lange, bis ein gleichmässiger, regelbarer Strahl austritt. Diese beiden Umstände verlängern die Giesszeit merklich. Zum dritten entstehen durch die Bewegungen um die Kippachse Fliessbewegungen bzw. Wellenbewegungen in der in der Giesspfanne enthaltenen Schmelze, die während des raschen Zurückkippens und wieder Vorwärtskippens der Giesspfanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Giessvorgängen nicht zur Ruhe kommen und mindestens zu Beginn jedes Giessvorganges das Ausfliessen der Schmelze beeinflussen und damit eine sichere Beherrschung des Giessvorganges erschweren oder verunmöglichen. Man war daher gezwungen, zwischen Giessende und Giessbeginn eine Wartezeit von mindestens zwei bis drei Sekunden einzulegen, da sonst der Regelvorgang zu stark gestört war.

[0002] Ziel vorliegender Erfindung ist es, ohne Beeinträchtigung des Regelvorganges, einerseits die Giesszeit für eine Form, anderseits auch die Zeit zwischen zwei Formen herabzusetzen und damit die Taktfolge des Abgiessens von Formen zu erhöhen. Diese Ziele werden gemäss dem Anspruch 1 erreicht. Gegenüber herkömmlichen Verfahren ergeben sich dadurch folgende Vorteile: Zum einen wird die Schmelze bei gleichem Hubbetrag der Giessschnauze um einen grösseren Winkel gekippt, was sowohl ein schnelles Zurückfliessen und damit ein rasches Giessende als auch ein schnelles Vorwärtsfliessen und damit einen rascheren Giessbeginn bewirkt.

[0003] Zum anderen wird die Schmelze viel weniger beschleunigt bzw. abgebremst oder anders formuliert, es wird viel weniger kinetische Energie in die Schmelze eingeleitet, so dass die Wellenbewegungen entscheidend herabgesetzt werden.

[0004] Eine besonders einfache, erfindungsgemässe Massnahme besteht darin, dass zum Kippen der Giesspfanne um den Schwerpunkt der Schmelze die Kippachse angehoben bzw. gesenkt wird.

[0005] Es ergibt sich damit eine besonders einfache konstruktive Lösung gemäss Anspruch 6, die ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist. Es ist zwar an sich bekannt, zwei Hubantriebe für die Giesspfanne vorzusehen (DE-C-606 988). Diese Antriebe dienen aber nur dazu, die Giesspfanne mit der Giessform zu kuppeln und die Giessform mit der Giesspfanne derart zu kippen, dass stets eine direkte Verbindung zwischen der Schmelze in der Giesspfanne und in der Form besteht.

[0006] Die Erfindung betrifft schliesslich eine vorteilhafte Verwendung dieser Anlage, in dem Sinne, dass der Kippantrieb und die Hubvorrichtung der Anlage gemeinsam zum zusätzlichen Anheben der Giesspfanne im wesentlichen ohne Kippbewegung gesteuert werden. Es wird damit möglich, die Giesspfanne zusätzlich anzuheben und unter Einhaltung eines genügenden Sicherheitsabstandes zu einer Giessform, verhältnismässig weit gegen die Mitte dieser Form, einzuführen und dann den Giessvorgang einzuleiten.

[0007] Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine bekannte Giessanlage,

Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemässe Giessanlage,

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Bewegungsablaufes beim Kippen der Giesspfanne, und

Fig. 4 ist eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung der Giessanlage und dient der Erläuterung einer besonderen Verwendung bzw. Betriebsart der Anlage.

[0008] Fig. 1 zeigt mehr oder weniger schematisch eine herkömmliche Giessanlage mit einer kippbaren Giesspfanne 1, in welcher sich die Schmelze 1a befindet. Fig. 1 zeigt den Zustand, in welchem eine Giessform 2 soeben mit Schmelze gefüllt wurde, der Giessvorgang also durch Rückwärtskippen der Giesspfanne 1 beendet werden soll. Dieses Rückkippen erfolgt dadurch, dass ein Kippantrieb 3 über ein Zugorgan 4, das an einem Segment 4a angreift, um eine Kippachse 6 verschwenkt wird. Entgegen der schematischen Darstellung in Fig. 1 ist die Giesspfanne 1 normalerweise auswechselbar in ein Gestell eingesetzt, an welchem das Segment 4a und die Kippachse 6 angebracht sind. Der Kippantrieb 3 und die Kippachse 6 sind in einem Gestell 5 gelagert. Die Ausgussöffnung oder Ausgussrinne der Giesspfanne 1 weist einen Radius R bezogen auf die Kippachse 6 auf. Fig. 1 zeigt ferner einen Sensor 7, mit Hilfe dessen ermittelt wird, wann die Schmelze im Giesstrichter ansteigt und somit der Giessvorgang beendet werden soll.

[0009] Wie erwähnt, wird zum Beenden des Giessvorganges die Giesspfanne mit Hilfe des Kippantriebes 3 über das Zugorgan 4 im Uhrzeigersinn um die Kippachse 6 zurückgekippt, so dass keine Schmelze mehr in die Form 2 fliesst. Aus Fig. 1 ist deutlich sichtbar, dass bei dieser Kippbewegung praktisch das ganze Volumen der Schmelze 1a seitlich der Kippachse 6 liegt und somit insgesamt eine erhebliche Beschleunigung nach unten erfährt. Erfahrungsgemäss führt dies zu erheblichen Schwingungen bzw. Wellenbewegungen der Schmelze. Wenn wenig später die Giesspfanne 1 im Gegenuhrzeigersinn vorwärtsgekippt wird, um Schmelze in eine nächste Giessform 2 einzugiessen, wird diese erhebliche Wellenbewegung noch weiter verstärkt und führt zu einem unregelmässigen, unkontrollierten Ausfliessen der Schmelze.

[0010] Dieser Nachteil wird nun bei der erfindungsgemässen Anlage gemäss Fig. 2 vermieden. In Fig. 2 sind entsprechende Anlageteile gleich bezeichnet wie in Fig. 1. Der Unterschied besteht darin, dass die Kippachse 6 nicht mehr ortsfest im Maschinengestell gelagert ist. Die Kippachse 6 ist an seitlichen Trägern 8 befestigt, welche in Führungen 9 vertikal verschiebbar sind. Am oberen Ende 10 der Träger 8 greift die Kolbenstange 11 eines hydraulischen Antriebszylinders an, welcher die Träger 8 mit der Kippachse 6 vertikal anzuheben und abzusenken gestattet, wie der Pfeil andeutet. Diese Hubbewegung ist in Fig. 2 angedeutet, d.h. die Zeichnung zeigt die Kippachse 6 in einer oberen Endstellung, aus welcher sie in eine untere, strichpunktiert angedeutete Stellung um den Betrag h gesenkt werden kann.

[0011] Diese zusätzliche Hubbewegung der Giesspfanne erlaubt es nun, die Kippbewegungen der Giesspfanne bei der Einleitung und Beendigung des Giessvorganges relativ nahe um den Schwerpunkt der Schmelze erfolgen zu lassen. In Fig. 2 ist die Kippachse 6 zusätzlich mit K der Angriffspunkt des Zugorganes 4 am Sektor 4a mit D und der Schwerpunkt der Schmelze mit S bezeichnet. Fig. 3 zeigt nun die Verhältnisse beim Rückwärtskippen der Giesspfanne zur Beendigung eines Giessvorganges gemäss Anspruch 3. Die Bewegungssteuerung erfolgt derart, dass die Kippachse 6 mit einer Geschwindigkeit V_K das Zugorgan 4 dagegen mit einer Geschwindigkeit V_D angehoben wird. Aus dem Diagramm in Fig. 3 ist ersichtlich, dass in diesem Falle im Schwerpunkt S der Schmelze keine Vertikalbewegung erfolgt. Die Kippbewegung erfolgt somit praktisch um den Schwerpunkt der Schmelze, was zu den oben erwähnten Vorteilen führt. Beim Vorwärtskippen der Giesspfanne zur Einleitung eines nächsten Giessvorganges laufen die Bewegungen umgekehrt ab, wobei allerdings dann der Weg an der Stelle D entsprechend etwas geringer gewählt werden kann, um die Giesspfanne zusätzlich vorwärts zu kippen. Das verhältnismässig rasche Anheben bzw. Absenken der Kippachse 6 bzw. der Giessschnauze hat ausserdem den Vorteil, dass jeweils ein Giessvorgang schneller abgebrochen und dass ebenso die Einleitung eines neuen Giessvorganges schneller erfolgt, ohne dass dabei die Nachteile bekannter Anlagen in Erscheinung treten.

[0012] Die Form der Giesspfanne 1 ist so gewählt, dass sich die Lage des Schwerpunktes S bei unterschiedlichem Inhalt der Giesspfanne in horizontaler Richtung nicht erheblich verschiebt, so dass keine grundsätzliche Steuerung der Bewegungsabläufe in Funktion des Pfanneninhaltes unbedingt erforderlich ist. Es ist jedoch durchaus möglich, je nach Pfannenform und Anforderungen, die Menge der in der Giesspfanne enthaltenen Schmelze zu ermitteln, was bei bestimmten Giessanlagen ohnehin geschieht, und die Steuerung der Hubbewegung der Kippachse 6 und des Kippantriebes 3 nach bestimmten Vorgaben in Funktion des Pfanneninhaltes zu regeln, so dass die fiktive Kippachse stets in der Nähe des Schwerpunkts S liegt. Es sei hier darauf hingewiesen, dass eine Verlagerung der Kippachse der Giesspfanne von der reellen Kippachse 6 in eine virtuelle Kippachse im Schwerpunkt S in Horizontal- und Vertikalrichtung praktisch schwer zu realisieren ist. Entscheidend und realisierbar ist jedoch eine Verlagerung in Horizontalrichtung in eine Position nahe einer Vertikalen durch den Schwerpunkt S der Schmelze. Eine gewisse Abweichung in Vertikalrichtung ist für den praktischen Betrieb unerheblich.

[0013] Fig. 4 entspricht weitgehend der Fig. 2, wobei wiederum entsprechende Teile gleich bezeichnet sind. In Fig. 4 ist eine untere Position der Giesspfanne 1 mit 1' bezeichnet. Beim Angiessen muss die Giesspfanne einen minimalen Abstand A von der Giessform 2 einhalten. Man könnte also mit der Giesspfanne in dieser unteren Position mit der Giessschnauze bzw. dem Giessstrahl nur um den Betrag X1 gegen die Formmitte gelangen, wenn man den Sicherheitsabstand A einhalten will. Hebt man aber die Giesspfanne insgesamt aus dieser unteren Position in die ausgezogen dargestellte obere Position an, dann kann offensichtlich unter Einhaltung des Sicherheitsabstandes A die Kippachse und damit die Giessschnauze weiter um den Betrag X2 bis praktisch in die Mitte der Giessform 2 eintreten. Die dann erreichbare Lage der Kippachse ist mit 6' in strichpunktierten Linien angedeutet. Es ist dann natürlich auch eine entsprechende Verschiebung des Trägers 5 des Kippantriebes 3 der Führung 9 und des Trägers 8 in eine nach links versetzte Position 5', 3', 9' bzw. 8' möglich. Der Hubantrieb für die Kippachse 6 erlaubt nun, diese Möglichkeit in einfacher Weise zu nutzen, indem mittels des Hubantriebes und des Kippantriebes die Giesspfanne 1 insgesamt translatorisch angehoben wird, um mit dem Giessstrahl näher an die Formmitte zu gelangen. Später, wenn die Giesspfanne stärker gekippt ist, kann man dieselbe wieder in die Normalposition absenken und in der beschriebenen Weise den Hubantrieb und den Kippantrieb nach dem üblichen Programm steuern.

Ansprüche

1. Verfahren zur Bewegungssteuerung einer Giesspfanne (1) mittels zweier Hubvorrichtungen (3, 4; 8), wobei die reelle bzw. virtuelle Achse, um welche die Giesspfanne (1) gekippt wird während des Giessens im Mittelpunkt des Radius (R) der Ausgussöffnung liegt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einleitung und Beendigung des Giessens die reelle bzw. virtuelle Achse mindestens annähernd in den Schwerpunkt der Schmelze versetzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kippen der Giesspfanne (1) zur Einleitung und Beendigung des Giessens eine Kippachse (6) im Mittelpunkt der Ausgussrinne angehoben bzw. gesenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hub- bzw. Senkbewegung der Kippachse (6) mit der Hub- bzw. Senkbewegung zum Kippen der Giesspfanne derart koordiniert werden, dass die virtuelle Kippachse der Pfannenbewegung in die Nähe des Schwerpunktes (S) der Schmelze zu liegen kommt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Schmelze (1a) ermittelt und die Kippvorgänge in Funktion dieser Menge gesteuert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Giesspfanne (1) mittels einer Hubvorrichtung (3, 4) zum Kippen derselben und einer Hubvorrichtung (8 bis 11) für die Kippachse (6) bei Giessbeginn zusätzlich angehoben wird, um bei gegebener Giesshöhe weiter zur Mitte der Form (2) hin eingiessen zu können.

6. Giessanlage mit einer Giesspfanne (1), die mittels zweier Hubvorrichtungen (3, 4; 8) steuerbar ist, von welchen die eine bei der Ausgussöffnung und die andere auf der anderen Seite der Giesspfanne angreift, und mit einer gemeinsamen Bewegungssteuerung für die beiden Hubvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hubbewegungen derart koordiniert sind, dass die Giesspfanne (1) bei Einleitung und Beendigung des Giessens mindestens annähernd im Schwerpunkt der Schmelze gekippt wird.

7. Giessanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubbewegung (6) bei der Ausgussöffnung starr geführt ist.

8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Erfassung der Menge der in der Giesspfanne enthaltenen Schmelze (1a) und zur Beeinflussung der Bewegungssteuerung in Abhängigkeit von dieser Menge.

9. Verwendung der Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kippantrieb (3, 4) und die Hubvorrichtung (8 bis 11) gemeinsam zum zusätzlichen Anheben der Giesspfanne (1) im wesentlichen ohne Kippbewegung gesteuert werden.

Zeichnung