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Formstoff-Forum 2018 in Aachen

Kurzfassung des Vortrages von Herrn Ernst:

Der Kühler als bestimmendes Organ für die Sandqualität an der Formanlage – ein neues Dosierverfahren für Durchlaufkühler

Dipl.-Ing. Wolfgang Ernst, datec Dosier- und Automationstechnik GmbH, Braunschweig
Olaf Winter, Hawle Guss GmbH, Fürstenwalde

Zusammenfassung
Mit jedem Abgussdurchlauf in der Formanlage treten durch Abbrand und Kernsandzulauf im Altsand Verluste auf, die unbedingt abgefangen werden müssen. Da bis heute keine online Messverfahren existieren, um zum Beispiel im Dosierstrom den Auffrischungsbedarf zu ermitteln, haben immer noch die Berechnungsverfahren aus der Formstoffbilanz ihre große Bedeutung in der Gießerei. Häufig werden die Rezepturen händisch im Tagesrhythmus bestimmt. Ideal sind automatische Bestimmungssysteme, die zu jedem Modellwechsel die Rezeptur anpassen sowie kleine kompakte Dosiereinheiten, die hinter dem Kühler kontinuierlich Bindemittel und Neusand angepasst zum Auffrischungsbedarf dosieren und im Sandstrom unterrühren.

Erfahrungen
Für den dünnwandigen Guss hat sich der bentonitgebundene Formstoffsand noch nicht ausreichend bewährt. Als Kreislaufsand treten immer wieder Ausreißer auf, die letztendlich beim Guss zum Ausschuss führen. Eine Ursache ist die nicht ausreichende Homogenisierung und die fehlende verzögerungsfreie online Messtechnik im Aufbereitungsprozess, um bei erkannten Abweichungen sofort gegensteuern zu können.

Zur Jahrtausendwende wurden zwei verfahrenstechnische Systeme erfolgreich gekoppelt. Die Formstoffbilanz mit ihren Verschleissfaktoren erlaubt eine gussbezogene Kompensation der Verluste im Formsand. Mit dem Chargenkühler lässt sich diese Bindemittelbedarfsmethode nicht nur vorbeugend für den Mischer einsetzen sondern auch reaktiv (rückwirkend), indem bei dem gerade ausgepackten Sand unter Berücksichtigung der Modelldaten (vergossene Eisenmenge und rückgelaufene Kernsandmenge) die Verluste der Bindemittelmenge ausgeglichen werden. Die Erfolge des Chargenkühlers sind immer noch unübertroffen, da er ein gutes Kühlverhalten aufweist und eine reproduzierbare Genauigkeit für den Aktivtongehalt sicherstellt.

Die Sandqualität hinter dem Mischer beginnt beim Kühler
Mehrfache Untersuchungen haben immer wieder aufgezeigt, dass die Gleichmäßigkeit der Austrittsfeuchte aus dem Kühler durch die Wasserzugabe von hoher Bedeutung für die Gleichmäßigkeit der Festigkeitswerte hinter dem Mischer ist. Zwei Maßnahmen wurden als weitere Qualitätsverbesserung ergriffen:
• Eine Verbesserung in Richtung Gleichmäßigkeit der Kühlerausgangsfeuchte und
• Eine Verdichtbarkeitssteuerung durch Formsandprüfung am Mischer

2 Gießereien, die mit dem Chargenkühler ausgestattet sind, haben dieses Verbesserungskonzept mit Erfolg umgesetzt. Sie erreichen für die Verdichtbarkeit Werte in der Standardabweichung um die 1,2 % Verdichtbarkeit und besser.

Kostengünstiger apparativer Aufbau zur Dosierung und Vermischung der Zugabestoffe im kontinuierlichen Sandstrom
Der Chargenkühler ist apparativ als Anlage recht aufwendig. Eine Nachrüstung in eine bestehende Anlage ist aus Platzgründen selten möglich; auch sind die Kosten beachtlich. Ein neues zum Patent angemeldetes Konzept – Form_Reg_reaktiv füllt genau diese Lücke aus. Die bekannten Kühler mit Rührwerk besitzen den großen Vorteil, dass sie unterrühren könnten, wenn nicht die recht große Abluft wäre. Sie saugt im Nu die zudosierten Bindemittel aus dem Sand und der gewollte Nutzen kommt nicht zum Tragen. Der Chargenkühler hat nach der Kühlphase eine Mischphase, indem die Luft abgeschaltet wird. Die in der Mischphase zudosierten Bindemittel werden abgesogen. Bei dem neuen Konzept Form_Reg_reaktiv wird hinter dem Kühler auf dem Abzugsband ein Aufbandrührwerk installiert, das nur kleine Aufmaße aufweist. Zusätzlich können von oben durch Entnahmeverwiegung kontinuierlich mengenproportional zum gekühlten Altsand und reaktiv auf die ausgepackten Gussstücke die Verlustmengen der Bindemittel zudosiert werden.

Energie-Einsparpotentiale in der Sandaufbereitung aktivieren

Sandaufbereitungen sind in vielen Nassguss-Gießereien Großverbraucher elektrischer Energie. Nach dem Schmelzbetrieb stehen sie an zweiter Stelle. Ausgelöst durch das Energiemanagement gemäß ISO 50001 wird der Fokus auf die Senkung des Energieverbrauchs gerichtet.

Wenn nicht aufwendig die alten Motoren gegen energiesparsame getauscht werden sollen, bleibt nur noch die Möglichkeiten, die Leerlaufphasen während der Produktion zu verkleinern. Bei genauerer Betrachtung der Laufzeiten sind immer wieder mehrminütige Phasen zu beobachten, bei denen in einzelnen Anlagenabschnitten kein Sand transportiert wird.

Genau in diesen Phasen gilt es die Sparpotentiale zu aktivieren, indem diese Anlagenteile abgeschaltet werden. Wesentlich ist dabei immer eine intelligente Abfrage der Betriebszustände der Formanlage, da sie Sandbedarf und Sandabgabe vorgibt. Unter Berücksichtigung der verschiedenen Bunkerfüllstände lassen sich frühzeitig Transportanforderungen erfassen. Der Stillstand der Formanlage kann deshalb vorausschauend geplant werden, sodass die Produktion nicht verzögert wird.

Je nach Auswertungsbedürfnissen lassen sich Energiezähler in der Anlage verteilt unterbringen, um den tatsächlichen Verbrauch zu erfassen. Der eigentliche Spareffekt wird dann in der weitergehenden Auswertung ersichtlich, indem Gesamtsandverbrauch und Gesamtenergieverbrauch korreliert werden. Werden diese Werte in geeigneten Intervallen auch noch in einer Datenbank kontinuierlich abgelegt, können auch vergleichende Auswertungen über größere Zeitbereiche vorgenommen werden.

Die Umsetzung des Sparbetriebes für die Sandaufbereitung ist Teil der SPS-Steuerung, die alle Antriebe kontrolliert. Die Implementierung der erforderlichen Software ist sinnvoll, wenn aktuell die Umrüstung von alter auf neuer SPS ansteht.

Etherneteinbindung

Etherneteinbindung der Mess- und Steuerungstechnik für die Formsandqualität

Die hohe Qualität Ihres Formstoffs ist der Maßstab für unsere Kompetenz – und mit Messungen kennen wir uns aus!
Seit nunmehr 25 Jahren beschäftigt sich datec – Dosier- und Automationstechnik GmbH mit der Feuchtemessung als Komponente des umfassenden Angebots-Portfolios. Das auf Gießerei-Formstoff-spezialisierte Unternehmen bietet sowohl auf wissenschaftlicher als auch auf technischer Basis vielseitige Lösungsansätze zur individuellen Steigerung der Formsandqualität. Diese umfassen:
Feuchtemessung auf SPS-Basis im Ethernet eingebunden: Über eine selbstreinigende Elektrode wird die Feuchte des Formsandes an unterschiedlichen Stellen im Sandkreislauf erfasst und per Ethernet an das Netzwerk weitergegeben. Die Echtzeitmessungen werden anwendergerecht visualisiert und erlauben so eine gute Kontrolle der Formsandqualität.
Automatische Wasserdosierungen: Vor dem Mischer oder vor dem Kühler wird eine Vorabmessung auf dem Zulaufband zur schnellen Wasserzugabe vollzogen. An einer im Regelkreis nachgestellten Kontrollfeuchte-Messstelle im Mischer bzw. im Kühler wird die Feuchte des Formstoffs erneut gemessen und falls notwendig in Richtung Sollfeuchte korrigiert. Es lassen sich somit sehr stabile Werte für die Sandfeuchte erzielen, die per Ethernet kontrolliert werden können.
Formsandprüfsystem Rotocontrol RTC 107: Das vollautomatische Formstoffprüfgerät Rotocontrol RTC 107 misst während des Mischzyklus die Verdichtbarkeit und die Druckfestigkeit des Kreislaufsands. Die kontinuierliche Datenerfassung und –Übermittlung an das Netzwerk per Ethernet gibt umfassenden Aufschluss über die Qualität des Formsands.
Die Kombination der unterschiedlichen Mess- und Regeleinrichtungen ermöglicht es den Sand in Ihrem Formstoffkreislauf vollumfänglich zu überwachen und zu steuern. So trägt datec maßgeblich zu einer Reduktion des Ausschusses und dadurch zu einer höheren Effizienz Ihrer Produktion bei.