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 Sond§~ιraum 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 NiederdruckkQkillengießmaschinen 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 Entlü tungsöffnung 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 Ausführungsböispiel 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 ra t ebenfalls von oben bis nahe an dessen Boden heran ei*n an seinem unteren Ende 8 offener Rohrkörper 9 hinein, der einen Sondenraum 10 begrenzt, in welchem eine elektrische Kontaktsonde mittels eines pneumatisöh oder hydraulisch über ein Ventil 11 gesteuerten Antriebszylinders 12 höhenverstellbar angeordnet ist. Diese Kontaktsonde besteht aus einer Kontaktplatt# 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 KontakteÜitritt 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 Anrriebszylinder 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 deif 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 Forrπaachspeisung 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:

Tabelle

Steuerventile

Kurven- 1 2 3 4 5 abschnitt 1-2 + Druckaufbau (Metall steigt bis Kontaktsonde hoch) Beginn der Formfüllung Formfüllung Ende der Formfüllung Aufbau des Nachdrucks Halten des Nachdrucks Entlüften (Druckabbau bis zum atmosphärischen Druck)

+ = Steuerventil offen

- = Steuerventil geschlossen

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.