Temperature influence on electrical impedance spectra used to monitor dry molding materials in the foundry industry

Titelangaben

Bifano, Luca ; Pötzinger, Lara ; Fischerauer, Gerhard:
Temperature influence on electrical impedance spectra used to monitor dry molding materials in the foundry industry.
In: Technisches Messen. Bd. 93 (2026) Heft 3-4 . - S. 128-139.
ISSN 2196-7113
DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2025-0148

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Abstract

Condition monitoring of molding material preparation processes in foundries can help to improve the processes in terms of energy consumption and use of resources. Electrical impedance spectroscopy is a suitable method for this purpose but influence effects must be carefully taken into account in field applications. Temperature, in particular, plays an important role in foundry processes and can be expected to strongly interfere with the extraction of condition information from impedance spectra. To shed light on the details of this temperature influence, we have recorded impedance spectra of measuring cells filled with molding material (quartz sand, used core sand, and regenerated material) in the frequency range from 500 Hz to 1 MHz and have evaluated the spectra with respect to their reproducibility and the quantifiability of their temperature dependence. It was found that the impedances could be measured reproducibly across the entire frequency range, with reproducibility increasing with frequency. In addition, the temperature dependence was observed to be a function of both of the molding-material composition and the frequency. Numerically, the temperature caused impedance magnitude changes of up to 34 % in the worst cases. This suggests that one should either control the temperature of molding-material samples during measurement or that the feature combination of impedance spectrum plus temperature should be used in data interpretation.

Abstract in weiterer Sprache

Die Zustandsüberwachung von Prozessen zur Vorbereitung und Verarbeitung von Formstoffen in Gießereien kann dazu beitragen, die Prozesse hinsichtlich Energieverbrauch und Ressourcennutzung zu verbessern. Die elektrische Impedanzspektroskopie ist eine geeignete Methode für diesen Zweck, jedoch müssen Einflussfaktoren bei der Anwendung vor Ort sorgfältig berücksichtigt werden. Insbesondere die Temperatur spielt in Gießereiprozessen eine wichtige Rolle und kann die Gewinnung von Zustandsinformationen aus Impedanzspektren stark beeinträchtigen. Um die Details dieses Temperatureinflusses zu beleuchten, maßen wir Impedanzspektren von mit Formstoff (Quarzsand, gebrauchter Kernsand und regenerierter Altsand) gefüllten Messzellen im Frequenzbereich von 500 Hz bis 1 MHz und werteten die Spektren hinsichtlich ihrer Reproduzierbarkeit und der Quantifizierbarkeit ihrer Temperaturabhängigkeit aus. Es zeigte sich, dass die Impedanzen über den gesamten Frequenzbereich reproduzierbar gemessen werden konnten, wobei die Reproduzierbarkeit mit steigender Frequenz zunahm. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass die Temperaturabhängigkeit sowohl von der Zusammensetzung des Formstoffs als auch von der Frequenz abhing. Zahlenmäßig führte die Temperatur im schlimmsten Fall zu Änderungen im Impedanzbetrag von bis zu 34 %. Dies legt nahe, dass entweder die Temperatur der Formstoffproben während der Messung geregelt oder dass die Kombination aus Impedanzspektrum und Temperatur bei der Dateninterpretation verwendet werden sollte.