Vorrichtung zum Kühlen von Formsand für Giessereien Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von Forinsand für Giessereien.
Wird eine Giesserei im Fliessbetrieb betrieben, so können die Umlaufzeiten des Forrnsandes unter 20 Minuten sinken. Bei jedem Abgiessen erwärmt sich der Formsand<B>je</B> nach dem Gewicht des flüssigen Eisens, das in die Formen vergossen wird. Schon nach dem ersten Abgiessen kann der Forinsand für den folgenden Forrnprozess eine unzulässig hohe Temperatur aufweisen. Die Nachteile, die in einer Giesserei durch zu heissen Sand entstehen, zeigen sich darin, dass tongebundene Sande im Feuchtigkeits gehalt zu stark variieren, also sehr veränderliche Ver- formungseigenschaften besitzen.
Im weiteren neigt warmer Formsand, speziell beim Anliegen an Metall- modellplatten infolge Kondensation, zum Kleben. Ferner kann warmer feuchter Forrnsand schlecht oder überhaupt nicht gesiebt werden. Es muss also ein für die Wiederaufbereitung des Formsandes höchst wich tiger Vorgang, das Sieben, wegfallen oder qualitativ ungenügend ausgeführt werden wegen zu grosser Ma schenweite.
Versuche zeigen, dass eine wirksame Kühlung von Fonnsand wirtschaftlich nur durch Verdunsten von Wasser durchgeführt werden kann. Sämtliche Vor schläge, bei denen Forinsand gewirbelt, geworfen, ge siebt, durch urnlaufende Trommeln usw. geführt und hierbei von Kühlluft durchströmt wird, fallen in der Praxis ausser Betracht, da sie den noch bindefähigen Ton, Kohlenstaub usw. im Formsand weitgehend aus tragen, weil diese Beimischungen sich in feinster Ver teilung im Formsand befinden.
Ein bekanntes Verfahren zum Kühlen des Form sandes besteht darin, dass der Forinsand gegebenen falls nach zusätzlicher Befeuchtung in lockerer Schüt- tung auf eine luftdurchlässige Unterlage aufgebracht wird und Luft durch den Forinsand hindurchgeleitet wird, wobei dieser sich gegenüber der luftdurchlässi gen Unterlage in Ruhe befindet. Dieses Verfahren hat sich, wenn heisser Sand gekühlt werden soll, der vor Einleitung des Kühlprozesses stark angefeuchtet wer den darf, bewährt.
Handelt es sich um die Rückküh lung von weniger stark erhitztem Formsand, der vor Durchführung der Kühlung nur wenig oder überhaupt nicht befeuchtet werden darf, so könnte ein Rückküh lung auf die vorgeschriebene Temperatur mit den Massnahmen nach dem bekannten Verfahren nicht erreicht werden. Die Versuche haben gezeigt, dass in diesem Falle die Luftdurchlässigkeit des Forinsandes so stark absinkt, dass die für die Kühlung notwendige Luftmenge nicht mehr durch die Formsandschicht hindurchgeleitet werden konnte, ohne dieselbe stel lenweise zu durchbrechen.
Beim bekannten Verfahren ist die Unterlage mit sehr grob verteilten, relativ grossen Öffnungen ver sehen, die ein absolut freies Durchströmen der Luft zulassen bzw. derselben überhaupt keinen Strömungs widerstand entgegensetzen. Somit kann also die Luft ungehindert in die Sandschicht eintreten. Der Grund für die obenerwähnten, in der Sandschicht auftreten den Durchbrüche ist somit nicht nur in einer ungenü genden Luftdurchlässigkeit des Formsandes zu sehen, sondern auch in der Tatsache, dass die Luft beim Durchtritt durch in der Sandschicht vorhandene Haarkanäle die Tendenz hat, diese Kanäle zu ver grössern oder zu erweitern, was seinerseits wiederum einer Erhöhung der Luftgeschwindigkeit im Kanal ruft.
Wie schon erwähnt, kann die Unterlage dieser Erhöhung der Luftgeschwindigkeit nicht entgegen wirken. Währenddem also durch den erweiterten Ka nal eine relativ grosse, und beim Auftreten von dar aus resultierenden Durchbrüchen, praktisch die ge samte Kühlluftmenge durchtritt, wird die übrige Fläche der Sandschicht von der Luft nicht durch strömt und infolgedessen auch nicht mehr gekühlt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt deshalb, eine Vorrichtung zur Kühlung von Forrnsand zu schaffen, welche eine Rückkühlung auch von weniger stark erhitztem Fonnsand zulässt, also z. B.
in Fällen, wo der Formsand nur von 6011 auf<B>300</B> rückgekühlt wer den muss. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeich net sich nunmehr dadurch aus, dass die luftdurchläs sige Unterlage eine Vielzahl von über deren Fläche gleichmässig verteilten Öffnungen mit maximalem Öffnungsquerschnitt von<B>3</B> CM2 pro<B>100</B> cm2 Fläche der Unterlage aufweist, wobei die maximale Distanz der Öffnungen<B>300</B> mm beträgt.
Durch die vorstehend erwähnte Ausbildung kann der Durchtritt der Luft durch die Sandschicht mit Hilfe der Unterlage beeinflusst werden, und zwar einerseits im Hinblick auf eine gleichmässigere Ver teilung derselben und anderseits zur Verhinderung von Durchbrüchen in der Sandschicht.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Er kenntnis, dass beim Durchgang der Luft durch die Sandschicht praktisch in allen Fällen eine laminare Strömung auftritt, währenddem die Strömung durch die Öffnungen in der Unterlage mindestens, wenn in der Sandschicht kritische Strömungsgeschwindigkei ten erreicht werden, im turbulenten Gebiet liegt. Nachdem aber nun der Strömungswiderstand bei Zu nahme der Strömungsgeschwindigkeit in der Unter lage bedeutend stärker zunimmt als in der Sand schicht, wirkt die Öffnung in der Unterlage als Dros selstelle für die Luft und verhindert somit ein An wachsen der Strömungsgeschwindigkeit auf einen Wert, welcher ein Aufreissen der Sandschicht zur Folge hätte.
Anschliessend werden zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen<B>'</B> Vorrichtung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. <B>1</B> einen Längsschnitt durch ein erstes Aus führungsbeispiel einer Kühleinrichtung gemäss Linie I-1 in Fig. 2, Fig. 2 einen Querschnitt gemäss Linie II-II durch die Kühleinrichtung von Fig. <B>1,
</B> Fig. <B>3</B> einen vergrösserten Querschnitt durch eine Trennstelle zwischen zwei Blechabschnitten und eine Luftdurchtrittsöffnung in der Unterlage der Kühlein richtung gemäss Linie III-111 in Fig. 4, Fig. 4 einen Ausschnitt der Unterlage gemäss Fig. <B>1</B> bis<B>3,</B> Fig. <B>5</B> ein Diagramm für den Durchflusswider- stand der Kühlluft durch die Luftdurchtrittsöffnungen und durch den Formsand,
Fig. <B>6</B> einen vergrösserten Querschnitt eines zwei ten Ausführungsbeispieles durch eine Luftdurchtritts- öffnung in der Unterlage der Kühleinrichtung gemäss Linie V-V in Fig. <B>7,</B> Fig. <B>7</B> einen Grundriss der Fig. <B>6,
</B> Fig. <B>8</B> einen Ausschnitt der Unterlage mit<B>Ab-</B> deckungen gemäss Fig. <B>6</B> und<B>7</B> im Grundriss. Ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt in den Fig. <B>1</B> bis 4 einen Mischtrog<B>1,</B> in welchem eine Welle mit schräggestellten Schaufeln 2 angeordnet ist und in dem sich Formsand<B>3</B> befindet. Ein Motor 4 treibt die Welle mit den schräggestellten Schaufeln 2 an. Der zu kühlende Sand wird vom Förderband<B>5</B> zu geführt und kann durch eine Düse<B>31</B> befeuchtet wer den.
Der Formsand<B>3</B> verlässt den Mischtrog<B>1</B> durch den Auslauf<B>6.</B> Das Pendelrohr<B>7</B> streut den Form sand in bekannter Weise gleichmässig über die ge samte Breite eines Vibrationsbleches <B>8</B> auf. Das Vi- brationsblech <B>8</B> wird durch eine Unwucht<B>9</B> in Vibra- tion versetzt. Vom Vibrationsblech <B>8</B> -leitet der Formsand in lockerer Schüttung und gleichmässiger Höhe über die gesamte Breite auf die luftdurchlässige Unterlage<B>10,</B> die als Förderband ausgebildet ist.
Das Förderband<B>10</B> besteht aus gelenkig miteinander ver bundenen Blechabschnitten<B>30.</B> Die Trennfugen der einzelnen Blechabschnitte<B>30</B> sind gemäss Fig. <B>3</B> in bekannter Weise durch Gummistreifen 34 abgedich tet. In den Blechabschnitten<B>30</B> sind in gleichmässiger Verteilung Öffnungen<B>25</B> für den Durchtritt der Kühl luft vorgesehen, wie beispielsweise in Fig. 4 dar gestellt. Das Förderband<B>10</B> bewegt sich mit seinem oberen Teil in Richtung des Pfeiles<B>33</B> gemeinsam mit dem über die ganze Breite des Förderbandes lose aufgeschütteten Fonnsand <B>32</B> über einen Kasten <B>11,</B> dessen obere Ränder<B>17</B> gegen die untere Seite des Förderbandes<B>10</B> abgedichtet sind.
Die beiden Rohrleitungen 12 führen die Kühlluft in den Kasten <B>11.</B> Gemäss dem in Fig. <B>1</B> dargestellten Ausführungs beispiel leitet der Kasten<B>11</B> die Kühlluft auf die Un terseite des Förderbandes<B>10.</B> Die Breite des Kastens <B>11</B> entspricht der Breite des Förderbandes<B>10</B> und die Länge des Kastens<B>11</B> erstreckt sich bis minde stens unter die Sandaufgabestelle <B>35.</B> Dadurch wird erreicht, dass Kühlluft schon durch die Öffnungen<B>25</B> tritt, bevor Fonnsand <B>32</B> auf das Förderband<B>10</B> auf geschüttet wird. Diese Massnahme verhindert einer seits ein Verstopfen der Öffnungen<B>25</B> mit Formsand..
anderseits entsteht aber auch eine noch stärker auf gelockerte Schüttung des Formsandes. Mit<B>13</B> ig, eine Haube bezeichnet, durch welche die mit Wasser dampf gesättigte, aus dem Formsand<B>32</B> austretende Kühlluft abgesaugt wird. Am Ende des Förderbandes <B>10</B> ist die Kühlung des Formsandes<B>32</B> beendet und der Sand wird auf ein Band 14 entleert. Das Band 14 führt den Forinsand der Weiterverarbeitung zu. Ein Ventilator<B>16</B> presst die erforderliche Kühlluft durch die Zuleitungen 12 in den Kasten<B>11.</B>
In Fig. 2 ist eine weitere Zuführungsleitung<B>18</B> er sichtlich, welche an der Stelle<B>19</B> in zwei Rohrstränge 20 und 21 aufgeteilt ist. Die beiden Rohrstränge 20 und 21 erstrecken sich quer über die Breite des un teren Stranges des Förderbandes<B>10.</B> Durch Düsen <B>23</B> in den Rohrsträngen 20 und 21 kann Pressluft gegen die beiden Seiten des Förderbandes<B>10</B> gebla sen werden, um allfällig am Förderband<B>10</B> anhaftenden Fonnsand zu entfernen. Durch die Bleche 24 wird Formsand, welcher vom zurückkehrenden Teil des Förderbandes<B>10</B> weggeblasen wurd-. oder abfällt, auf das Band 14 geleitet.
In den Fig. <B>6</B> und<B>7</B> ist in vergrössertem Massstab eine Luftdurchtrittsöffnung <B>25</B> dargestellt. Auf der Oberseite des Förderbandes<B>10</B> sind über den Luft- durchtrittsöffnungen <B>25</B> Abdeckbleche <B>26</B> angeordnet, welche durch Nieten<B>27</B> auf dem Förderband<B>10</B> be festigt sind. Durch Kreuze mit den Bezugszeichen 28 sind die Stellen bezeichnet, an welchen die Kühlluft in den Formsand<B>32</B> eintritt. An Stelle der in Fig. <B>6</B> und<B>7</B> dargestellten Abdeckungen<B>26</B> können auch Abdeckungen mit drei oder mehr Austrittsöffnungen angewendet werden.
In zweckmässiger Weise werden die Abdeckungen<B>26</B> über die Fläche der Blech abschnitte<B>30</B> in gleichmässiger Verteilung angeordnet, wie in Fig. <B>8</B> dargestellt.
Für beide Ausführungsformen ist der Lochdurch messer<B>36</B> und die Verteilung bzw. die Lochdistanz 37derDurchtrittsöffnungensozubemessen,dassminde- stens 1.110 mm Druckabfall in der Unterlage entsteht. Die Fig. <B>5</B> zeigt in einem Diagramm den Durchfluss- widerstand der Kühlluft durch die Luftdurchtrittsöff- nungen und durch den Formsand bei einer Luftmenge zwischen<B>50</B> und<B>300</B> m3 pro Stunde und m2 Kühl fläche.
Unter m2 Kühlfläche ist dabei die nutzbare Fläche der Unterlage, auf die der kühlende Sand auf geschüttet wird, verstanden. Der Pfeil<B>38</B> zeigt die Werte der Luftmenge an, die in der Abszisse aufgetra gen sind. Vom Wert Null der Abszisse an abwärts zeigt der Pfeil<B>39</B> die Werte für den Durchflusswider- stand in der Unterlage an. Die angegebenen Zahlen dieser Ordinate entsprechen dem Druckabfall in der Unterlage in mm Wassersäule. Vom Wert Null der Abszisse an aufwärts gibt der Pfeil 40 den Durchfluss- widerstand durch eine<B>100</B> mm hohe lose aufgeschüt tete Sandschicht bei verschiedenen Feuchtigkeitsgehal ten des Formsandes ebenfalls in mm Wassersäule an.
In den Durchtrittsöffnungen erzeugt die Kühlluft in nerhalb den praktisch anwendbaren Luftmengen und Luftgeschwindigkeiten eine turbulente Strömung. Der Druckabfall verändert sich bei turbulenter Strömung proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit. Aus diesem Grunde ergibt der untere Teil des Diagram- mes eine Parabel. Im Formsand erzeugt die durchtre tende Kühlluft eine laminare Strömung, wobei sich der Druckabfall direkt proportional der Geschwindig keit der Kühlluft verändert. Der obere Teil des Dia gramms enthält aus diesem Grunde gerade Linien, welche den Werten für Feuchtigkeitsgehalte von 2 bis <B>7 0/a</B> Wassergehalt des Fonnsandes entsprechen.
Mit gestrichelten Linien 41 ist ein Beispiel in das Dia gramm eingetragen, welches den Druckabfall in der Unterlage und im Formsand für eine Kühlluftmenge von 140 m3 pro Stunde und m2 Kühlfläche angibt. Das Beispiel zeigt, dass bei<B>3,5</B> l/G Wassergehalt für<B>je</B> <B>100</B> mm Sandschicht ein Druckabfall von<B>65</B> mm Wassersäule im Forinsand entsteht, während der Druckabfall in den Durchtrittsöffnungen der Unter lage<B>70</B> mm Wassersäule beträgt.
Sinkt infolge man gelhafter Schüttung des Formsandes der Druckabfall in der Sandschicht auf z. B.<B>50</B> mm Wassersäule ab, so entstehen in der Unterlage, Druck- und Strömungs verhältnisse, wie in Fig. <B>5</B> mit strichpunktierten Linien 42 dargestellt.
Daraus ergibt sich, dass die Luftmenge bei Abfall des Widerstandes in der Sandschicht nicht unbehindert ansteigen kann, da bei Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit der Luft in der Unterlage der Durchflusswiderstand derselben quadratisch zu nimmt, und zwar infolge der praktisch vorherrschen den turbulenten Strömung in den öffnungen <B>25.</B> So mit verhindert die beschriebene Ausbildung der Un terlage bzw. der öffnungen derselben ein Anwachsen der Luftmenge bzw. der Strömungsgeschwindigkeit in der Sandschicht auf ein Mass, bei welchem Sand oder dessen Feinantefle aus der Schicht ausgetragen würden.
Die in den Fig. <B>1</B> bis 4 gezeigte Einrichtung arbei tet wie folgt: über das Förderband<B>5</B> wird der zu<B>küh-</B> lende Forinsand dem Mischtrog<B>1</B> zugeführt und wäh rend des Mischens gleichzeitig, falls notwendig, an gefeuchtet. Der Fonnsand verlässt den Mischtrog<B>1</B> noch warm und wird auf das Förderband<B>10</B> in Iok- kerer Schüttung aufgebracht.
Das Pendelrohr<B>7</B> und das Vibrationsblech <B>8</B> sorgen dafür, dass der Form sand<B>32</B> über die ganze Breite des Förderbandes<B>10</B> in annähernd gleicher Höhe aufgebracht wird. Der Ventilator<B>16</B> presst die Kühlluft durch die Zufuhr- leitungen 12 in den Kasten<B>11</B> und von hier durch die Durchtrittsöffnungen <B>25</B> und den Formsand hin durch.
Für vorzugsweise günstige Betriebsfälle beträgt der Druckabfall beim Durchgang der Kühlluft durch die Unterlage<B>10-50</B> mm Wassersäule pro<B>100</B> mm Schichthöhe des Formsandes. Die in Fig. <B>6</B> bis<B>8</B> dar gestellte Einrichtung arbeitet analog der vorbeschrie- benen Arbeitsweise des Ausführungsbeispieles von Fig. <B>1</B> bis 4. Ein Unterschied besteht nur darin, dass die Kühlluft, welche durch die öffnungen <B>25</B> des För derbandes<B>10</B> gelangt, nicht direkt in den Formsand <B>32</B> eintreten kann.
Die Abdeckungen<B>26</B> bewirken eine Ablenkung der Kühlluft und dadurch eine an dere Verteilung der Eintrittsstellen<B>28</B> der Kühlluft in den Formsand.
Dadurch, dass man vom gesamten Druckabfall beim Durchgang der Kühlluft durch das Förderband <B>10</B> und den Formsand<B>32</B> einen Teil, z. B.<B>5</B> bis<B>25</B> 11/o des Druckabfalles, in das Förderband<B>10</B> verlegt, wird eine intensive Kühlung des Formsandes<B>32</B> ermög licht.
Besteht nämlich örtlich, infolge ungenügender Luftdurchlässigkeit der Formsandschicht <B>32</B> oder we gen zu geringer Höhe derselben eine Gefahr eines Durchbruches der Luft durch den Sand und damit die Gefahr einer Störung des Kühlvorganges, so steigt der Durchgangswiderstand durch die Durchtrittsöff- nungen <B>25</B> an und verhindert wirksam das Aufreissen der Forrnsandschicht <B>32.</B> Diese Massnahme ist auch deshalb so wirkungsvoll, weil die Strömungsgeschwin digkeit der Luft in den Durchtrittsöffnungen <B>25</B> prak tisch im, turbulenten Gebiet und durch den Formsand im laminaren Gebiet liegen.
Gemäss den physikall-- scheu Gesetzen verändert sich der Druckabfall im tur bulenten Strömungsgebiet proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit, während er sich im laminaren Strömungsgebiet nur direkt proportional der Strö mungsgeschwindigkeit verändert. Auf diese Weise wird es möglich, auch Forinsand von nur mässiger Temperatur, wie er beim Herstellen dünnwandiger Gussstücke anfällt, auf nahezu Raumtemperatur ab zukühlen. Nach dem beschriebenen Verfahren kann pro m2 Förderband etwa<B>3</B> Tonnen Formsand pro Stunde rückgekühlt werden, ohne Bindeton, Kohlen staub oder andere wertvolle Feinanteile auszutragen.