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Dokumentenidentifikation DE19647713C2 05.01.2000
Titel Vorrichtung zur Erfassung eines Pegels von flüssigem Metall
Anmelder W. Strikfeldt & Koch GmbH, 51674 Wiehl, DE
Erfinder Malpohl, Klaus, 42699 Solingen, DE
Vertreter PFENNING MEINIG & PARTNER GbR, 10707 Berlin
DE-Anmeldedatum 11.11.1996
DE-Aktenzeichen 19647713
Offenlegungstag 14.05.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.01.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.01.2000
IPC-Hauptklasse G01F 23/16
IPC-Nebenklasse C21C 5/46   B22D 39/00   B22D 46/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels von flüssigem Metall in einem Gefäß.

Für das Dosieren von flüssigem Metall aus einem Dosierofen muß die in dem Dosierrohr ansteigende Metallsäule in ihrer Höhe erfaßt werden, da abhängig von dieser Erfassung die Dosiermenge berechnet wird. Es ist auch möglich, abhängig von der Erfassung der Höhe der Metallsäule unter Berücksichtigung anderer Parameter, zum Beispiel verschiedene Drücke, die Höhe des Flüssigkeitspegels im Ofen zu bestimmen. Aus der US 4 220 319 ist eine Sensoranordnung für Dosieröfen bekannt, bei der der Sensor aus einer senkrecht oder fast senkrecht zur Metalloberfläche stehenden Metallnadel besteht, die bei Kontaktierung mit der Flüssigmetalloberfläche ein Signal abgibt. Um den Verschleiß der Sensoranordnung zu verringern, wird die Metallnadel durch ein automatisiertes mechanisches System bei Kontaktierung von der Metalloberfläche weggeschwenkt. Diese bekannte Anordnung hat verschiedene Nachteile, insbesondere ist das mechanische Schwenksystem sehr aufwendig und teuer und trotz des Schwenkens ist der Verschleiß durch Ablagerungen und dergleichen an der Metallnadel relativ groß.

In der Praxis ist durch den bedingten Verschleiß der Metallnadel ein Schleifen, Reinigen oder der Austausch der Nadel notwendig, so daß die Abatastposition über einen längeren Zeitraum nicht gehalten werden kann. Ferner sind in der Praxis keine Justierhilfen bekannt, die eine reproduzierbare Abtastung ermöglichen. Insbesondere ist die Abtastposition im Verhältnis zur Auslaufkante des Dosierrohres bei Dosieröfen von besonderer Bedeutung. Die Nadel sollte für eine gute reproduzierbare Dosierung genau die Auslaufposition des Flüssigmetalls an der Auslaufkante des Dosierrohres erfassen (Nadel und Auslaufkante müssen auf gleicher Höhe sitzen). Die Erfassung wird aber in der Praxis nicht nur durch obengenannte Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten an der Metallnadel verschoben sondern auch durch den Austausch des Dosierrohres, dessen Einbauhöhe direkt die Position der Auslaufkante bestimmt. Bedingt durch fertigungstechnische Toleranzen im Feuerfestbereich kann der Einbau eines neuen Dosierrohres sowie einer neuen Dichtung etc. die Auslaufkante um bis zu 10 mm in senkrechter Höhe verschieben.

Bei Dosieröfen bewirkt eine Verschiebung der Abtastposition im Verhältnis zur Auslaufkante durch obengenannte Maßnahmen von zum Beispiel 5 mm eine Änderung des ausdosierten Metallgewichts von typisch 4%.

Gefordert wird eine Dosiergenauigkeit von 1 bis 2%. Aufgrund des schlechten Zugangs und der Hitze, die in dem Abtastbereich herrscht, wird in der Praxis die Nadel nicht nachjustiert, sondern es werden die Druck- oder Zeitparameter der Dosierung bzw. bei uns das Dosiergewicht, welches bekanntlich nach der Integralmethode (Druck über Zeit) bestimmt wird, geändert, um die Verfälschung des Dosiergewichtes zu kompensieren. Dies hat den Nachteil, daß Gießer, die die Dosierparameter verschiedener Gießteile gespeichert haben, immer wieder Korrekturen dieser gespeicherten Werte vornehmen müssen, da die Abtastverhältnisse und damit die Dosierung eben nicht konstant bleiben.

Aus der DD-PS 135 097 ist eine Vorrichtung zur Füllstandsüberwachung in Flüssigkeitsbehältern, insbesondere für das Gebiet der textilen Naßveredelung, gezeigt. Die Überwachung erfolgt auf pneumatischem Wege durch Erzielung eines Perldrucks in einem in eine Wanne eintauchenden Staurohr. Bei Erreichen eines kritischen Füllstandes, und zwar des Vollstandes bzw. Nullniveaus, werden von einem Grenzwertbaustein Signale für eine Folgesteuerung, z. B. das Schließen des Zu- bzw. Abflußventils, ausgelöst.

Die DE 44 20 712 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels von flüssigem Metall in einem Flüssigmetallgefäß. Hierin ist ein Sensor aus elektrisch leitendem Material vorgesehen, der bei Kontakt mit dem flüssigen Metall ein Signal abgibt. Der Sensor ist z. B. in eine Bewandung des Gefäßes eingesetzt und schließt im Wesentlichen bündig mit der Fläche der Bewandung ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels von flüssigem Metall zu schaffen, die den Pegel mit guter Genauigkeit erfaßt und einfach und kostengünstig im Aufbau ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Dies sind die Merkmale einer Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels von flüssigem Metall in einem Gefäß, bei der eine als Rohr ausgebildete Sonde mit einer Gasquelle verbunden ist und Gas mit einem vorbestimmten Druck durch die Sonde und aus ihrem offenen Ende oberhalb der Oberfläche des flüssigen Metalls ausströmt und eine Druckmeßvorrichtung vorgesehen ist, die bei Annäherung zwischen der Sonde und dem flüssigen Metall den Druck in der Sonde erfaßt und die bei einem zuvor bestimmten Druckschwellenwert, bei dem der Pegel eine vorbestimmte Zuordnung zu dem Ende der Sonde aufweist, ein Signal abgibt. Hiermit wird eine einfache Vorrichtung zur Erfassung des Pegels von flüssigem Metall zur Verfügung gestellt, die kostengünstig ist und trotzdem mit guter Sicherheit den Pegel erfaßt.

Das verschleißfreie und fest eingebaute Abtastsystem hat den Vorteil, daß die Abtastverhältnisse konstant bleiben. Einerseits ändert sich die Höhe der Abtastposition des Keramikröhrchens nicht (fest eingebaut), zum anderen nicht dessen Position relativ zur Auslaufkante (fest eingebaut). Das heißt, die Abtastverhältnisse bleiben konstant, selbst wenn das Dosierrohr mal höher oder tiefer im Dosierofen eingebaut ist.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Das Rohr bzw. die Sonde kann in die Wand oder das Steigrohr eines Dosierofens fest eingesetzt werden, wobei bei Passieren des Flüssigkeitspegels an dem Steigrohr das gewünschte Signal abgegeben wird. Vorzugsweise besteht die Sonde aus Keramik und es haftet kein Metall an der Sonde. Die Vorrichtung zum Erfassen des Pegels nach der Erfindung kann zur Bestimmung der Höhe eines Flüssigkeitsspiegels bestimmt werden, wobei dann vorzugsweise die Sonde relativ zum Metallspiegel bewegt wird und zusätzlich zu dem Druck der Weg der Sonde von einer vorbestimmten Ausgangsstellung bis zu der Abgabe des Signals für die Erfassung des Flüssigkeitsspiegels gemessen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch ein Dosierofen mit Steigrohr, und

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht des Endes der in die Steigrohrwand eingesetzten rohrförmigen Sonde.

Fig. 1 zeigt einen Dosierofen 1, in dem flüssiges Metall zum Beispiel Aluminium in einem Bad 2 aufgenommen ist. In den Dosierofen 1 ist ein Steigrohr 3 eingesetzt, das durch die Wandung 4 des Ofens 1 nach außen geführt ist. Über das Steigrohr 3 wird in bekannter Weise flüssiges Metall ausdosiert. Für das Ausdosieren ist es notwendig, daß die Höhe der Metallsäule genau erfaßt wird, wobei für diese Erfassung eine pneumatische Sensorvorrichtung 6 verwendet wird.

Die pneumatische Sensorvorrichtung weist eine als Rohr ausgebildete Sonde 5 auf, die vorzugsweise aus Keramik besteht, und die gemäß Fig. 2 in die Wand 7 des Steigrohrs 3 eingesetzt ist. Dazu ist beispielsweise in der Wand 7 eine Stufenbohrung 8 vorgesehen, wobei in dem Bohrungsteil mit größerem Durchmesser das Ende der Sonde 5 von außen in die Steigrohrwand 7 eingepreßt und/oder eingeklebt ist, und wobei der kleinere Durchmesser der Stufenbohrung 8 in etwa dem Innendurchmesser des Rohrs 5 entspricht. Die Sonde 5ist über eine Druckmeßeinrichtung 9 mit einer Gasquelle 10 verbunden. Die Gasquelle liefert Gas mit einem bestimmten Druck an die Sonde 5, das aus ihrem vorderen Ende und durch die Bohrung 8 ausströmt. Wenn sich der Metallspiegel in dem Steigrohr dem Ende der Sonde nähert, verändern sich die Strömungsverhältnisse am Ende der Sonde und es tritt eine Druckänderung in der Sonde auf. Diese Druckänderung wird von der Druckmeßvorrichtung 9 bestimmt.

Um den Pegel des flüssigen Metalls genau erfassen zu können, wird vor den eigentlichen Messungen die Druckkurve bei der Annäherung bzw. beim Ansteigen des Pegels gemessen und es wird ein Druckschwellenwert bestimmt, bei dem der Pegel eine vorbestimmte Zuordnung zu dem Ende der Sonde 5 aufweist. Die Druckmeßvorrichtung 9 gibt dann ein entsprechendes Signal an ihrem Ausgang 11 zu den weiteren Auswerte-Steuer/Regeleinrichtungen.

Als Druckmeßvorrichtung 9 ist jede Meßeinrichtung zur Messung des Drucks in dem Rohr 5 geeignet. Beispielsweise kann eine Brückenschaltung verwendet werden, bei der zwei Drosseln festen Querschnitts in Parallelschaltung mit der Gasquelle 10 verbunden sind. Der Ausgang der ersten Drossel ist mit einer Drossel variablen Querschnitts verbunden und der Ausgang der zweiten Drossel mit der Sonde 5. Zwischen den Ausgängen der ersten und zweiten Drossel festen Querschnitts ist ein Meßkolben angeordnet, der sich auf Druckschwankungen in seiner Lage verändert. Durch Einstellen der veränderlichen Drossel kann die Meßeinrichtung so abgeglichen werden, daß am Meßkolben auf beiden Seiten im wesentlichen der Druck anliegt. Wenn die Strömungsverhältnisse an der Spitze der Sonde 5, das heißt an der Bohrung 8, sich aufgrund des Heranführens bzw. Vorbeiführens des Metallspiegels ändert, verändert sich die Lage des Meßkolbens, wodurch eine Aussage über den vorhandenen Druck gemacht werden kann. Die Lage des Meßkolbens kann beispielsweise über einen Reed-Kontakt erfaßt werden.

In einer anderen Form wird ein sogenannter Druckwellenschalter verwendet, dessen Einstellbereich etwa zwischen 0,5 und 5 mbar liegt. Diese Schalter besitzen im Innern eine Membran, auf der ein Kontakt angebracht ist. Die eine Seite der Membran steht mit dem Umgebungsdruck in Verbindung, die andere Seite ist mit dem Abtaströhrchen oder Sonde 5 verbunden. Wird nun das Abtaströhrchen 5 mit einer Flüssigkeit verschlossen, steigt der Druck im Abtaströhrchen 5 und damit auf einer Seite der Membran und diese wird gegen einen feststehenden Kontakt gedrückt, so daß der Kontakt auf der Membran mit dem feststehenden in Berührung kommt. Dadurch wird ein Stromfluß bei Erreichen der Druckansprechschwelle ermöglicht.

Die Verstellung der Druckempfindlichkeit erfolgt einfach durch das Verstellen des Abstandes des feststehenden Kontaktes zur Membran mit Hilfe einer Schraube, die mit einer Skala versehen ist. Je nach Stellung der Schraube ist der feststehende Kontakt mehr oder weniger weit von dem Membrankontakt entfernt, so daß auch mehr oder weniger Druck aufwendet werden muß, um beide Kontakte in Berührung zu bringen.

In dem in Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Sonde fest installiert, während sich der Flüssigkeitsspiegel in bezug auf die Sonde bewegt. Es ist auch denkbar, daß die Sonde 5verschiebbar bzw. verschwenkbar angeordnet ist und der Flüssigkeitsspiegel durch Heranführen an einen momentan feststehenden Flüssigkeitsspiegel erfaßt wird. Bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise die Höhe eines Badspiegels bestimmt werden, wobei die Ausgangslage der mit der Gasquelle verbundenen Sonde vorher bekannt ist und die Sonde über einen gemessenen Weg an den Spiegel herangeführt wird. Bei einem bestimmten Druck, bei dem die Sonde eine bekannte Zuordnung zu dem Badspiegel aufweist, wird der Weg bestimmt und aus den Meßwerten kann die Badhöhe berechnet werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels von flüssigem Metall in einem Gefäß, bei der eine als Rohr ausgebildete Sonde (5) mit einer Gasquelle (11) verbunden ist und Gas mit einem vorbestimmten Druck durch die Sonde und aus ihrem offenen Ende oberhalb der Oberfläche des flüssigen Metalls ausströmt und eine Druckmeßvorrichtung (9) vorgesehen ist, die bei Annäherung zwischen der Sonde (5) und dem flüssigen Metall den Druck in der Sonde erfaßt und die bei einem zuvor bestimmten Druckschwellenwert, bei dem der Pegel eine vorbestimmte Zuordnung zu dem Ende der Sonde (5) aufweist, ein Signal abgibt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (5) in die Wand des Gefäßes (1) oder eines in dem Gefäß (1) vorgesehenen Steigrohrs (3) fest eingesetzt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde aus Keramik besteht.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde in eine Bohrung eingepreßt und/oder eingeklebt ist.
  5. 5. Dosierofen mit einer Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Dosieren von flüssigem Metall abhängig von dem von der Druckmeßvorrichtung abgegebenen Signal zur Erfassung des Pegels.






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