DE102006030480A1

DE102006030480A1 - Vorrichtung zum Schmelzen

Info

Publication number: DE102006030480A1
Application number: DE200610030480
Authority: DE
Inventors: Georg Jarczyk
Original assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 2006-07-01
Filing date: 2006-07-01
Publication date: 2008-01-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen einer im festen Aggregatzustand vorliegenden Metalllegierung mit einem Schmelztiegel, mit einer Induktionsheizung mit mehreren, den Schmelztiegel umgebenden Induktionswicklungen, sowie mit mindestens einem Thermoelement zur kontinuierlichen Überwachung der Temperatur der Schmelze während des Gießprozesses. Um eine kontinuieliche Temperaturmessung in mehreren Bereichen des Schmelzteigels zu ermöglichen und dadurch eine Verbesserung der Regelungsgüte zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Schmelztiegel (1) eine Gießschnauze (17) aufweist, in der ein weiteres Thermoelement (12) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen einer im festen Aggregatzustand vorliegenden Metalllegierung mit einem Schmelztiegel, mit einer Induktionsheizung mit mehreren, den Schmelztiegel umgebenden Induktionswicklungen, sowie mit mindestens einem Thermoelement zur kontinuierlichen Überwachung der Temperatur der Schmelze während des Gießprozesses.
Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der Patentschrift DD 214 924 B bekannt. Bei der vorbekannten Anordnung ist ein Elektrodenpaar, bestehend aus zwei unterschiedlichen hochschmelzenden Materialien, derartig in die Schmelztiegelwand eingebettet, dass einerseits ein Kontakt der Elektroden mit der Schmelze besteht und andererseits ein Anschluss an eine Auswerteeinheit erfolgt, die die in dem Stromkreis, der durch die erste Elektrode, die Schmelze und die zweite Elektrode gebildet ist, entstehende Thermospannung in ein Signal zur Temperaturanzeige und/oder Temperaturregelung umwandelt.
Als nachteilig ist bei der vorbekannten Vorrichtung die Tatsache anzusehen, dass die Temperaturmessung in einem relativ kleinen Bereich des Schmelztiegels erfolgt, so dass Temperaturschwankungen, die in von der Messstelle entfernten Bereichen auftreten, bei der Schmelzleistungsregelung nicht berücksichtigt werden können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, die eine kontinuierliche Temperaturmessung in mehreren Bereichen des Schmelztiegels ermöglicht und bei der eine Verbesserung der Regelungsgüte erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schmelztiegel eine Gießschnauze aufweist, in der ein weiteres Thermoelement angeordnet ist. Durch die Erfindung wird erreicht, dass bei Einsatz einer derartigen Vorrichtung in einem Induktionsschmelzofen eine automatisierte Steuerung des Schmelzvorgangs entsprechend einem vorgegebenen Temperatur-Zeit-Verhalten und damit eine verbesserte Qualität der Schmelze bei gleichzeitiger Einsparung von Schmelzenergie möglich wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass das erste oder ein weiteres Thermoelement im Boden des Schmelztiegels angeordnet ist.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung weist die Vorrichtung eine Gießrinne auf, in der das erste oder ein weiteres Thermoelement angeordnet ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung einen Gießkasten auf, in dem das erste oder ein weiteres Thermoelement angeordnet ist.
Um die von den Thermoelementen bereit gestellten Informationen über die Temperatur der Schmelze insbesondere zum Zweck einer Regelung der der Induktionsheizung zugeführten elektrischen Energie zu verwenden, ist nach einer anderen Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes vorgesehen, dass die weiteren Thermoelemente an ein Datenerfassungssystem angeschlossen sind.
Um das vorhin erwähnte Datenerfassungssystem vor den bei einem Gießvorgang auftretenden hohen Temperaturen wirksam zu schützen, ist das Datenerfassungssystem als eine hitzebeständige Datenbox ausgebildet.
Um die vorhin erwähnte Regelung der der Induktionsheizung zugeführten elektrischen Leistung durchzuführen, sieht eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung vor, dass die Thermoelemente an den Regelkreis eines Mittelfrequenzumformers angeschlossen sind, der der Energieversorgung der Induktionswicklungen dient.
Die Erfindung bezieht sich schließlich auf eine Vorrichtung zum Schmelzen einer im festen Aggregatzustand vorliegenden Metalllegierung mit einem Schmelztiegel, mit einer Induktionsheizung mit mehreren, den Schmelztiegel umgebenden Induktionswicklungen, sowie mit mindestens einem Thermoelement zur kontinuierlichen Überwachung der Temperatur der Schmelze während des Gießprozesses, die durch die Kombination mindestens zweier Thermoelemente nach den Ansprüchen 1 bis 4 gekennzeichnet ist.
Zur Verdeutlichung der Erfindung wird diese im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine stark vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzen von Metallen zeigt. Der Fachbegriff „Thermoelement" wird stellvertretend für sämtliche, zum gegebenen Zweck geeigneten Temperaturmesseinrichtungen verwendet.
In der Zeichnung wird mit dem Bezugszeichen 1 ein Schmelztiegel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzen von Metallen bezeichnet, die beispielsweise als ein Induktionsschmelzofen ausgeführt sein kann, der nach dem VIM- oder VDIP-Verfahren arbeitet. Obwohl der Schmelztiegel 1 im gezeigten Beispiel durch ein metallisches Gehäuse 2 sowie eine im Inneren des Gehäuses 2 an geordnete, vorzugsweise an dessen Innenwand angebrachte feuerfeste Auskleidung 3 gebildet wird, ist die Verwendung beispielsweise eines Keramiktiegels denkbar. Zum Abguss wird der Schmelztiegel 1 um eine Achse 15 gekippt, wodurch die Schmelze über eine im oberen Bereich des Gehäuses 2 ausgebildete Gießschnauze 17 in eine Gießrinne 14 gelangt, in der sie beispielsweise zu einer nicht gezeigten Kokillenkammer fließt. Die Schmelze im Schmelztiegel 1 wird induktiv beheizt. Dazu ist eine Induktionsheizung 4 vorgesehen, die durch z. B. fünf nebeneinander angeordnete einzelne Spulen 5–9 gebildet ist, die den Schmelztiegel 1 radial umgreifen. Der Versorgung der Spulen 5–9 mit elektrischem Strom dient ein lediglich schematisch angedeuteter Mittelfrequenzumformer 10, der die elektrische Leistung liefert, die erforderlich ist, um die im Schmelztiegel 1 enthaltene Metallschmelze auf dem gewünschten Temperaturniveau zu halten.
Um eine kontinuierliche Kontrolle der Temperatur während des gesamten Gießprozesses durchzuführen, werden mehrere Thermoelemente verwendet, die an diversen Stellen der erfindungsgemäßen Vorrichtung installiert werden. So sind der Zeichnung ein erstes Thermoelement 11, ein zweites Thermoelement 12 sowie ein drittes Thermoelement 13 zu entnehmen, wobei noch weitere, nicht dargestellte Thermoelemente verwendet werden können. Dabei sind das erste Thermoelement 11 im Boden des Schmelztiegels 1 und das zweite Thermoelement 12 in der vorhin erwähnten Gießschnauze 17 des Schmelztiegels 1 angeordnet, während das dritte Thermoelement 13 in der Gießrinne 14 platziert ist. Ein weiteres, nicht dargestelltes Thermoelement kann z. B. in einem ebenfalls nicht dargestellten Gießkasten angeordnet werden. Das erste, im Boden des Schmelztiegels 1 eingebaute Thermoelement 11 dient zusätzlich zur Überwachung des Tiegelzustandes, so dass ein wirksamer Schutz des Induktionsschmelzofens gegen Überhitzung ge währleistet ist, die zu einer Tiegelerosion oder sogar einer Explosion führen könnte.
Schließlich ist aus der Zeichnung erkennbar, dass sämtliche genannten Thermoelemente 11–13 an eine Datenerfassungseinrichtung 16 angeschlossen sind, die ihre die Temperatur der Schmelze repräsentierenden Signale in Steuersignale umwandelt, die dem Regelkreis des Mittelfrequenzumformers 10 zur Verfügung gestellt werden, wodurch eine optimale Führung des Metallgießprozesses sowie eine Erhöhung der Produktivität ohne Beeinträchtigung der Qualität der gegossenen Teile gewährleistet wird.

Claims

Vorrichtung zum Schmelzen einer im festen Aggregatzustand vorliegenden Metalllegierung mit einem Schmelztiegel, mit einer Induktionsheizung mit mehreren, den Schmelztiegel umgebenden Induktionswicklungen, sowie mit mindestens einem ersten Thermoelement zur kontinuierlichen Überwachung der Temperatur der Schmelze während des Gießprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelztiegel (1) eine Gießschnauze (17) aufweist, in der ein weiteres Thermoelement (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder ein weiteres Thermoelement (11) im Boden des Schmelztiegels (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Gießrinne (14) aufweist, in der ein weiteres Thermoelement (13) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Gießkasten aufweist, in dem ein weiteres Thermoelement angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Thermoelemente (11, 12, 13) an ein Datenerfassungssystem (16) angeschlossen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenerfassungssystem (16) als eine hitzebeständige Datenbox ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoelemente (11, 12, 13) an den Regelkreis eines Mittelfrequenzumformers (10) angeschlossen sind, der der Energieversorgung der Induktionswicklungen (5–9) dient.
Vorrichtung zum Schmelzen einer im festen Aggregatzustand vorliegenden Metalllegierung mit einem Schmelztiegel, mit einer Induktionsheizung mit mehreren, den Schmelztiegel umgebenden Induktionswicklungen, sowie mit mindestens einem Thermoelement zur kontinuierlichen Überwachung der Temperatur der Schmelze während des Gießprozesses, gekennzeichnet durch die Kombination mindestens zweier Thermoelemente nach den Ansprüchen 1 bis 4.