Formstoffsteuerung

Allgemein

Einfache, mit geringen Anforderungen gekennzeichnete Prozesse können mit der Festlegung von Aufbereitungsparametern aus den betrieblichen Erfahrungen ausreichend gut gesteuert werden. Zur Bewertung der erreichten Formstoffqualitäten sind dann auch meist nur einfache Prüfungen heranzuziehen. Die Wurzeln liegen in der traditionellen handwerklichen Gießerei.

Für Produktionsprozesse mit höherer Produktionsmenge und Produktivität sind die Qualitätszielstellungen des Formstoffs klarer und mit engeren Toleranzen definiert. So müssen einerseits die Parameter der Formstoffaufbereitung vorgegeben und andererseits die erreichte Formstoffqualität nach der Aufbereitung gemessen werden. Aus den Ergebnissen der Formstoffprüfung sind gegebenenfalls die Änderungen der Parameter zur Aufbereitung abzuleiten und zu nutzen. Es bildet sich hier ein Regelkreis aus. Die Rückkopplung der Regelung im Prozess kann auf Fertigungsabschnitte begrenzt werden oder auch online für jede Aufbereitungscharge erfolgen.

Für die Prozessregelung von Fertigungsabschnitten kommen unterschiedliche Modelle zur Anwendung:

  • Vorgabe fester Prozessparameter zum Beispiel für einen Fertigungstag,
  • Kopplung der Prozessparameter mit dem geplanten Produktionsprogramm,
  • Festlegung der Prozessparameter nach der vorangegangenen Formstoffbelastung.
  • Bestimmung der Adsorption von Mikrowellen,
  • Steuerung und Regelung von Formstoffkennwerten nach der Formstoffanalyse.

Eine Kombination der Modelle ist auch in der Praxis üblich.

Für die Bewertung der Formstoffqualität werden betriebsinterne Prüfungen oder auch die Ergebnisse externer Prüflabore verwendet. Die Rückkopplungszeit kann stark unterschiedlich sein und ist mit dem gesamten Gießereiprozess zu bewerten.

Bestimmung des Ausgangsniveau des Formstoffs

Feuchtigkeit und Temperatur des aufzubereitenden Formstoffs sind wesentlichen physikalischen Größen. Die Genauigkeit der Ermittlung dieser physikalischen Größen beeinflusst das Aufbereitungsergebnis.

Für die Messung der Formstofffeuchte kommen drei verschiedene Messverfahren zur Anwendung:

  • Bestimmung der Dielektrizitätszahl des Formstoffs und hochfrequente kapazitive Auswertung,
  • Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des Formstoffs,
  • Bestimmung der Adsorption von Mikrowellen, Steuerung und Regelung von Formstoffkennwerten nach der Formstoffanalyse.

Die Regel- beziehungsweise Zielgrößen (Verdichtbarkeit, Festigkeit) werden innerhalb eines bestimmten Zeitraums gemessen und mit den technologisch vorgegebenen Führungsgrößen (Soll-Werte) verglichen. Festgestellte Abweichungen lösen über bekannte Zusammenhänge (Verdichtbarkeit – Wassergehalt) eine Korrektur (Komponentendosierung) aus. Die Zeitspanne von der Probenahme bis zur Messwertvorlage bestimmt die Trägheit der Regelung. Bei der konventionellen Laborprüfung ist diese Zeitspanne zu groß, um eine unmittelbare Einflussnahme, insbesondere zum Ausgleich kurzzeitiger Schwankungen, zu gewährleisten. Das Abgleiten des Formstoffsystems in eine höhere Ausschussquote erfolgt meist unbemerkt. Erst mit dem Auftreten verstärkter Fehlererscheinungen und im Zusammenhang mit den Bemühungen um deren Beseitigung werden technologisch erforderlichen Korrekturen sichtbar.

Präventive Formstoffsteuerung

Dieses Prinzip beruht auf der Durchführung von Steueroperationen, die aus vorausschaubaren Prozessdaten, wie beispielsweise dem Sand-Eisen-Verhältnis des zu fertigenden Sortiments mit der daraus zu erwartenden thermischen Belastung des Formstoffs, dem möglichen Kernsandzufluss und weiteren Störgrößen, abgeleitet werden. Dies erfolgt, noch ehe Änderungen im Formstoffverhalten eingetreten sind.

Präventive Steuerung nach den Gussteilanforderungen verlangt gute technologische Angaben über alle Modelle. Es ist zeitintensiver, da man es für alle Modelle vorbereiten muss. Nach Installation ist es aber eine einfache und stabile Methode.

Die präventive Sandsteuerung versucht, ein Systemgleichgewicht durch kontinuierliche Zugabe der verschleißenden Komponenten aufrecht zu erhalten. Gleichfalls müssen auch sonstige Veränderungen im Umlaufformstoff (Verstaubung, Deaktivierung, Versalzung) ausgeglichen werden. Eine Voraussetzung für die Anwendung ist das Erkennen der Ursachen für Schwankungen in der Formstoffqualität.

Die Steuerung geschieht mit Hilfe von Nomogrammen, Tabellen oder Algorithmen.

Online-Formstoffsteuerung und -regelung

Die Notwendigkeit, bei steigenden Anforderungen an die Konstanz der Formstoffeigenschaften in kürzeren Zeiten auf Veränderungen im Umlaufsystem zu reagieren, zwingt zu einer automatischen Messwerterfassung mit einer rechnergestützten Datenauswertung unter Angabe von Dosiersignalen. Dazu wurden in den vergangenen Jahren verschiedene Mess- und Steuersysteme entwickelt und in die Praxis eingeführt. Die Wirkungsweise ist unterschiedlich, je nachdem, ob unmittelbar Veränderungen in der Formstoffzusammensetzung (zum Beispiel Restwassergehalt im Altformstoff) oder indirekt Veränderungen in den Formstoffeigenschaften (Formstoffkonsistenz) festgestellt und zur Ermittlung der erforderlichen Zugaberaten für die Dosierung herangezogen werden.

Wassergehalt und Temperatur sind diejenigen Einflussgrößen, die sich während des Formstoffumlaufs außerordentlich stark ändern. Sie stabilisieren sich auch während einer größeren Zahl von Umläufen nicht von selbst. Zum Ausgleich und zur Einstellung eines verarbeitungsgerechten Wasseranteils in der Formstoffmischung bedarf es vielmehr entsprechender Maßnahmen.

Der formgerechte Wasserbedarf kann sich auf Grund einer wechselnden thermischen, mechanischen und chemischen Belastung des Formstoffs ändern. Die Bemessung der Zugaberate für die Einstellung gleichbleibender Verarbeitungseigenschaften ist im Voraus nur dann möglich, wenn neben dem Restwassergehalt auch die den Wasserbedarf verändernden Größen, wie Schlämmstoff- und Aktivtonanteil mit bestimmt werden oder weitgehend bekannt sind. Eine Kombination von Prüfungen an jeder Aufbereitungscharge und an regelmäßig wiederholenden Prüfungen am Formstoff erfordern eine gießereifachliche Bewertung der Ergebnisse und ein Nachjustieren des Formstoffsteuerungssystems.

Eine möglichst hohe Gleichmäßigkeit des aufzubereitenden Formstoffs ist ein Erfolgsschlüssel.

Die Genauigkeit der Messungen von Feuchtigkeit und Temperatur wird darüber hinaus von der Qualität der Prüfsensoren und dem Prüfort bestimmt.

Bei Vorgabe eines konstanten Soll-Wertes können diese Systeme nicht auf einen veränderten Wasserbedarf reagieren. Dazu müsste eine weitere Messgröße zur Korrektur des Soll-Wertes vorliegen, die zum Beispiel einen veränderten Schlämmstoffanteil (Dichte) oder veränderte Formstoffeigenschaften (Formbarkeit) anzeigt. Ein Soll-Ist-Vergleich auf der Basis dieser Eigenschaften berücksichtigt weitgehend den tatsächlichen Wasserbedarf (Bild).

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