DE1248969B

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Publication number: DE1248969B
Application number: DEA34267A
Authority: DE
Publication date: 1967-08-31

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4037SW PATENTAMT int. Cl.:

GOIf

AUSLEGESCHRIFT

F27b
Deutsche Kl.: ' 4Ze- 34

Nummer: 1 248 969

Aktenzeichen: A 34267IX b/42 e

Anmeldetag: 21. März 1960

Auslegetag: 31. August 1967

Bei Anlagen mit Fernbedienung, bei denen beispielsweise Vorratsbehälter zu überwachen sind, muß man in der Bedienungsanlage die Füllhöhe in einem entfernt stehenden Gefäß überwachen können. So ist die Überwachung des Tiegelinhaltes bei Schmelzanlagen von Bedeutung, wenn, insbesondere in Schmelzofenanlagen mit mehreren Schmelzofeneinheiten, ein kontinuierliches Arbeitsverfahren gewährleistet werden soll. So kann z. B., unabhängig von der Überwachung durch das Gießpersonal, bei Unterschreiten einer bestimmten Menge an Schmelze in einem Ofen oder in einem Zwischengefäß ein Nachchargieren erforderlich werden.

Bei vielen Gießverfahren, insbesondere beim Stranggießen von Metallen, ist es auch notwendig, den Gießstrahl der flüssigen Schmelze unter stetigen Bedingungen hinsichtlich Austrittsmenge usw. zu halten. Besonders ist dieses dann notwendig, wenn es sich beim Stranggußverfahren darum handelt, die Eigenschaften des fertigen Gußstückes einheitlich zu halten. Das ist bekanntlich davon abhängig, ob mit gleichbleibender Geschwindigkeit laufend aus dem Schmelz- oder vorzugsweise Zwischengefäß in die Kokille vergossen wird. Bei einem derartigen Verfahren vergießt man bekannterweise im allgemeinen nicht aus dem eigentlichen Schmelzgefäß, sondern entleert die Schmelze aus dem Ofen zunächst in ein Zwischengefäß und vergießt aus diesem. Dabei ist es also wichtig, den statischen Druck der Schmelze in dem Zwischengefäß möglichst gleich zu halten. Das entspricht also der Aufgabe, den Badspiegel der Schmelze irri Zwischengefäß auf gleicher Höhe zu halten.

Die Kontrolle des Badspiegels durch das Gießpersonal selbst nach Erfahrung bzw. nach gewissen gewählten Zeitabständen reicht vielfach nicht dazu aus, den statischen Druck der Schmelze derart konstant zu halten, daß die beim fertigen Gußstück gewünschten metallurgischen Eigenschaften gleichmäßig erhalten bleiben. Es wird ferner angestrebt, das Gießpersonal von dieser Überwachungstätigkeit zu entlasten und insbesondere Stranggußanlagen im stetigen Betrieb zu automatisieren.

Besonders wichtig ist die Kontrolle des Badspiegels bei Schöpföfen, insbesondere solchen für Leichtmetalle, aus denen eine Druckgußanlage gespeist ist. In derartigen Druckgußanlagen werden beispielsweise die vorgefertigten Ständer oder Läufer kleinerer elektrischer Maschinen ausgegossen, wobei der unter Druck vergossene Leichtmetallkörper das elektrische Leitersystem bildet. Es ist einzusehen, daß es hierbei darauf ankommt, daß die mechani-Vorrichtung zur selbsttätigen Beeinflussung von Schmelz- oder Vergießvorgängen in Eisen-, Stahl- oder Nichteisen-Metallgießereien durch Überwachung, vorzugsweise Konstanthaltung, der Höhe des Badspiegels im Schmelz- oder Vergießgefäß

Anmelder:

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft, Berlin-Grunewald, Hohenzollerndamm 150; Deutsche Edelstahlwerke Aktiengesellschaft, Krefeld, Oberschlesienstr. 16;
Vereinigte Leichtmetall-Werke G. m. b. H., Bonn, Am Nordbahnhof

Als Erfinder benannt:

Rolf Christ, Remscheid;

Helmut Gebhardt,

Dr. rer. nat. Paul Eversheim, Bonn

sehen und physikalischen Eigenschaften nicht nur gewisse Mindestwerte erreichen, sondern daß auch diese Werte gleichmäßig erhalten bleiben müssen. Diese Eigenschaften sind dabei stark von der Temperaturführung der Schmelze vor dem Guß abhängig. Der Temperaturgang hängt dabei wiederum von der Art und Weise des Nachchargierens ab. Deshalb ist eine stetige Kontrolle des Badspiegels notwendig, um in Abhängigkeit von der Anzeige von Hand oder selbsttätig nachzuchargieren, um damit einen stetigen Temperaturgang der Schmelze und damit gleiche Qualität des Gusses sicherzustellen.

Zur Messung der Höhe von Flüssigkeiten in Behältern sind beispielsweise Füllgrad-Anzeiger bekanntgeworden, die aus einem Kondensator bestehen, dessen Platten in die Flüssigkeit eintauchen. Das Dielektrikum wird durch die Flüssigkeit selbst gebildet. Mit der Höhe des Flüssigkeitsstandes nimmt die Kapazität zu, so daß auf Grund der Kapazitätswerte die jeweils enthaltene Flüssigkeitsmenge bestimmt werden kann. Eine andere Kondensatorkonstruktion besteht aus einem Paar konzentrischer, rohrförmiger, im Flüssigkeitsbehälter angeordneter Elektroden, wobei die Flüssigkeit im Zwischenraum zwischen den beiden Röhren hochsteigt. Die bekann-

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ten Füllgrad-Anzeiger sind jedoch zur Messung des In den Figuren ist dabei eine Schmelzanlage für Badspiegels flüssiger Metalle nicht geeignet, da beim Stranggußanlagen beschrieben, bei der in einem beEinschmelzen der Metallstücke auch die Kon- liebig beheizten Schmelzofen das zu vergießende densatoreinheit durch die Wärmeeinwirkung des Metall, beispielsweise Aluminium, geschmolzen wird. Schmelzofens mit eingeschmolzen würde. 5 Von diesem Schmelzofen wird zunächst in ein Zwi-

Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine Vor- schengefäß mit Bodenausguß vergossen, dessen Inrichtung zur selbsttätigen Beeinflussung von Schmelz- halt etwa gleiche Höhe behalten soll,
oder Vergießvorgängen in Eisen-, Stahl- oder In der F i g. 1 ist die aus dem Inhalt des Zwischen-Nichteisen-Metallgießereien durch Überwachung, gefäßes 1 einerseits und einer plattenförmigen Elekvorzugsweise Konstanthaltung, der Höhe des Bad- io trode 2 andererseits bestehende Kapazität 3 mit den spiegeis im Schmelz- oder Vergießgefäß, die dadurch Kondensatoren 4, 5 und 6 zu einer kapazitiven Meßgekennzeichnet ist, daß oberhalb des Badspiegels als brücke zusammengeschaltet. 7 ist dabei die flüssige kapazitiver Meßfühler eine oder mehrere Elek- metallische Schmelze, die die Gegenelektrode zu trode(n) vorgesehen ist/sind, deren Kapazität gegen- der Elektrode 2 bildet, welche sich etwas oberhalb über dem als Gegenelektrode dienenden Badspiegel 15 der gewünschten Höhe des Badspiegels der Schmelze oder gegeneinander ein Maß für die Höhe des Bad- befindet. Sie ist vorzugsweise aus einem korrosionsspiegels darstellt. beständigen Metall gefertigt oder aber auch mit einer

Der Gegenstand der Erfindung besteht also darin. haltbaren, temperaturbeständigen, elektrisch isoliedaß die Kapazität eines Kondensators gemessen wird, renden Deckschicht umkleidet,
dessen beide Elektroden einerseits eine Platte über 20 Die kapazitive Brückenschaltung wird von dem der leitenden Oberfläche, vorzugsweise der Schmelze, Hochfrequenzoszillator 8 eingespeist. Die Röhren 9 und andererseits der Inhalt, beispielsweise der Bad- _und 10 dienen dabei sowohl zur Verstärkung als auch spiegel selbst oder ein dort schwimmender elektrisch _zur elektrischen Trennung des Meßkondensators 3 leitender Körper, sind. Um den Inhalt selbst nicht in von dem Hochfrequenz erzeugenden Oszillator 8 die Potentialverhältnisse des Kondensators einzu- 25 und verhindern Rückwirkungen der kapazitiven schalten, kann der Gegenstand der Erfindung auch Brückenschaltung auf den Oszillator. Im abgeglichederart abgewandelt werden, daß die beiden Elektroden _nen Zustand der Brücke, wenn also der Badspiegel dieses kapazitiven Meßfühlers in Form von zwei Plat- seine vorgegebene Höhe hat, liegt an den Widerten oberhalb des Inhaltes angeordnet v/erden. Durch ständen 1.1 und 12 in der Brückendiagonalen keine die Veränderung der Höhe des Inhaltes ergibt sich 30 Spannung. Weicht der Badspiegel nun von der vordann eine Veränderung der Kapazität des aus den gegebenen Höhe, dem Sollwert, ab, so entsteht an beiden Plattenelektroden bestehenden Kondensators. den Widerständen 11 und 12 in der Brückendiago-Der dabei ansteigende bzw. abfallende Inhalt ändert nalen eine Spannung, die je nach Richtung der die Verhältnisse des elektrischen Feldes zwischen Höhenabweichung gleich- oder gegenphasig zu der den beiden oberhalb des Inhaltes angeordneten ₃₅ vom Oszillator 8 erzeugten Spannung ist. Die Pha-Plattenelektroden und bewirkt ebenfalls eine Ände- senlage dieser Spannung wird mittels einer phasenrung des Abstands im Dielektrikum und damit der empfindlichen Gleichrichterschaltung 13 mit derjeni-Kapazität der Kondensatoranordnung. _gen des Oszillators verglichen. Dabei entsteht an den

Der kapazitive Widerstand der Kondensatoranord- Ausgangspunkten 14, 15 und 16 der Phasenvernung kann in an sich bekannter Weise Glied einer ₄₀ gleichsschaltung eine Gleichspannung, die in ihrer Brückenschaltung sein, wodurch der sich hebende Polarität der Phasenlage zwischen der Diagonaloder senkende Inhalt des Gefäßes die Abstimmung spannung der Meßbrücke und der Oszillatorspandieser Meßbrücke verändert. Auf Grund der so er- _nung und in ihrer Größe dem Betrag der Abweihaltenen Anzeige kann, von Hand oder unter Zwi- _cnUng der Höhe des Badspiegels vom Sollwert entschenschaltung bekannter Einrichtungen, selbsttätig ₄₅ spricht.

eine Korrektur der Höhe des Inhaltes erfolgen. Bei Ausgangsseitig mit der beschriebenen Schaltung Schmelzanlagen beispielsweise erfolgt die Korrektur _{kann nun eine} Magnetverstärkeranordnung, eine durch Hinzufügen neuer Schmelze in das Zwischen- Thyratronschaltung mit einem nachgeschalteten gefäß oder aber gegebenenfalls durch em Nachchar- Gleichstrommotor oder eine Relaisschaltung mit gieren des Schmelzgefäßes, wenn direkt aus diesem ₅₀ nachgeschaltetem Einphasenmotor vorgesehen sein, vergossen wird. Die Plattenelektroden des kapaziti- _{womit das} Abgießen des Schmelzofens in das Zwiven Meßfühlers, die oberhalb der Schmelze, bei- schengefäß überwacht wird. Der Motor, der den spielsweise an einem in das Gefäß eingeführten Arm, Schmelzofen kippt, hält so einen in seiner Geschwinaufgehängt sind, sollen dabei aus einem in bezug auf digkeit von der Regelabweichung abhängigen Rechtsdie Temperatur der Schmelze temperaturfesten, _{55 oder} Linkslauf je nach der Polarität am Ausgang metallisch leitenden Werkstoff bestehen und müs- der Phasenvergleichsschaltung ein. Ist der Badspiesen gegebenenfalls auch besonderen Ansprüchen an _gei j_m Zwischengefäß zu niedrig, wird der Schmelz-Korrosionsfestigkeit genügen. _{ofen mehr ge}kip_Pt; liegt er zu hoch, wird der

In den Figuren wird der Gegenstand der Erfin- Schmelzofen entsprechend zurückgekippt. Aus dem dung an Hand von Beispielen aus dem Gießerei- 60 Zwischengefäß, das beispielsweise einen Bodenausbetrieb erläutert. l_auf haben soll, wird hierbei vorzugsweise laufend

F i g. 1 zeigt die Schaltung gemäß der Erfindung vergossen. Auf diese Weise bleibt die Austritts-

mit einer kapazitiven Meßbrücke und einer Phasen- geschwindigkeit und die Stärke des Gießstrahles

vergleichsschaltung; 'erhalten, was zu einer gleichbleibenden Qualität des

Fig. 2 zeigt eine Magnetverstärkeranordnung zum 65 Gußstückes, insbesondere beim Stranggußverfahren,

Steuern des Kippens eines Schmelzofens; führt.

F i g. 3 zeigt für den gleichen Zweck eine Röhren- F i g. 2 zeigt eine Magnetverstärkeranordnung aus-

relaisanordnung. gangsseitig der Phasenvergleichsschaltung. Die Ma-

gnetverstärker 17 werden über den Transformator 18 gespeist. Solange durch die Steuerwicklungen der Magnetverstärker kein Steuerstrom fließt, werden die Magnetverstärker über eine Vorstromwicklung ganz oder teilweise gesperrt. Die Steuerwicklungen liegen dabei am Ausgang der Phasenvergleichsschaltung. Je nach Richtung des Ausgangsstromes der Phasenvergleichsschaltung wird der eine oder der andere Magnetverstärker freigegeben. Entsprechend dreht sich dann der Stellmotor 19 in der damit bestimmten Richtung, womit das Vor- oder Zurückkippen des Schmelzofens bewirkt wird.

Die Ausgangswerte der Phasenvergleichsschaltung können auch, wie F i g. 3 angibt, in eine Röhrenrelaisschaltung eingespeist werden und ihrer Polarität entsprechend auf eine der beiden Röhren 20, 21 geschaltet werden. Das dieser Röhre zugeordnete Thyratron 22 oder 23 zündet und bringt eines der Relais 24 oder 25 zum Ansprechen, das im Anodenkreis des jeweils gezündeten Thyratrons liegt. Hierdurch schließen auch die Hilfskontakte 24' und 24" oder 25' und 25" des entsprechenden Relais. Damit läuft der Verstellmotor 29, der das Nachfüllen des Zwischengefäßes durch Kippen des Schmelzgefäßes bewirkt, in der entsprechenden Drehrichtung. Das Relais 26 schließt zeitverzögert über das Zeitglied 27, 28, nachdem die über den Stellwiderstand 27 einstellbare Laufzeit abgelaufen ist. Mit dem Relais 26 schließen auch die Hilfskontakte 26' und 26". Der Hilfskontakt 26' entlädt den Kondensator 28, damit sich 26 nicht selbst halten kann; Hilfskontakt 26" erniedrigt die Gittervorspannung des jeweils gezündeten Thyratrons 22 oder 23, so daß dieses wieder sperrt, womit der Kippmotor 29 wieder stromlos ist. Die Gittervorspannung kehrt erst nach einer durch das Verzögerungsglied 30, 31 einstellbaren Zeit wieder und zündet das Thyratron erneut, sofern am Ausgang der Phasenvergleichsschaltung eine Spannung vorhanden ist. Die Thyratronröhren werden dabei anodenseitig mit Wechselspannung gespeist. Bei jedem positiven Durchgang der Anodenwechselspannung wird die Röhre dann gezündet, wenn die Gittergleichspannung oberhalb des Zündwertes liegt. Durch passende Einstellung der Verzögerungszeit am Stellwiderstand 30 wird erreicht, daß bei großen Regelabweichungen der Kippmotor 29 im Dauerbetrieb und bei kleineren Abweichungen im Impulsbetrieb läuft. Die Impulszwischenräume sind dann umgekehrt proportional der Regelabweichung.

Auch jede andere bekannte richtungsabhängige Relaisschaltung, z.B. eine Schaltung mit einem Kontaktgalvanometer, kann ausgangsseitig der Phasenvergleichsschaltung eingesetzt werden.

Die Schaltung ist frequenzunabhängig, da sie in ihren Meßkreisen keine Schwingkreise enthält, die hinsichtlich ihres Frequenzganges temperatur- und alterungsempfindlich wären. Die Regelung ist daher von den starken Temperaturunterschieden, die in Gießereibetrieben auftreten, unabhängig und andererseits aber auch sehr empfindlich im Hinblick auf die Einhaltung des vorgegebenen Standes der Schmelze im Zwischengefäß.

Wenn man aus besonderen Gründen das Zwischengefäß nicht in das Potential der Schaltung einsetzen will, so kann als Gegenelektrode eine zweite Platte über der Schmelze angeordnet sein, wobei diese zweite Platte an das Gegenpotential gelegt wird. Die Gegenelektrode über dem Spiegel der Schmelze kann auch in Richtung der Tiegelachse beweglich vorgesehen sein, um verschiedene vorgegebene Höhen des Spiegels der Schmelze überwachen zu können. Die Elektrode wird dann außerhalb des Gefäßes befestigt, so daß sie an einem Arm in das Gefäß hineinragt! Mittels einer geeigneten bekannten

ίο Mechanik ist dann die Höhe der Elektrode im Gefäß einstellbar.

Der Gegenstand der Erfindung kann auch dort angewendet werden, wo die Füllhöhe eines Gefäßes zu überwachen ist, dessen elektrisch leitender Inhalt nicht flüssig, sondern stückig oder granuliert, fest ist, beispielsweise ein Vorratsbehälter mit festem Gut, aus dem ein Schmelzofen nachchargiert wird. Auch auf anderen Verwendungsgebieten läßt sich der Gegenstand der Erfindung einsetzen, ohne auf den Bereich des Metallschmelzens beschränkt zu sein.

Claims

P atentansprüche:

1. Vorrichtung zur selbsttätigen Beeinflussung von Schmelz- oder Vergießvorgängen in Eisen-, Stahl- oder Nichteisen-Metallgießereien durch Überwachung, vorzugsweise Konstanthaltung, der Höhe des Badspiegels im Schmelz- oder Vergießgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Badspiegels als kapazitiver Meßfühler eine oder mehrere Elektrode(n) (2) vorgesehen ist/sind, deren Kapazität (3) gegenüber dem als Gegenelektrode dienenden Badspiegel oder gegeneinander ein Maß für die Höhe des Badspiegels darstellt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausschnitt des Badspiegels Gegenelektrode gegenüber der (den) oberhalb des Badspiegels angeordneten Elektrode(n) (2) ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Elektrode^) (2) im Gefäß einstellbar ist.

4. Verfahren zur Überwachung, vorzugsweise Konstanthaltung, der Höhe des Badspiegels in Schmelz- oder Vergießgefäßen mittels der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Kippwinkels und die Richtung der Auslenkung von der Abweichung des Badspiegels vom Sollwert nach Betrag und Richtung abhängt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Thyratronschaltung mit nachgeschaltetem Gleichstrommotor.

6. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Relaisschaltung mit nachgeschaltetem Einphasenmotor.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1031 013;
österreichische Patentschrift Nr. 169 743;
Zeitschrift für Electronic, 1957, S. 360 bis 363;

Archiv für technisches Messen 1-942-1, August 1936;

Elektronische Schalt-, Steuer- und Überwachungsgeräte mit eigensicheren Steuerleitungen, Funke u. Huster, 2. Auflage, 1955, S. 17 und 18.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen