-
Vorrichtung zum Kühlen von Formsand für Gießereien Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Kühlen von Formsand für Gießereien.
-
Wird eine Gießerei im Fließbetrieb betrieben, so können die Umlaufzeiten
des Forinsandes unter 20 Minuten sinken. Bei jedem Abgießen erwärmt sich der Formsand
je nach dem Gewicht des flüssigen Eisens, das in die Formen vergossen wird.
Schon nach dem ersten Abgießen kann der Forinsand für den folgenden Formprozeß eine
unzulässig hohe Temperatur aufweisen. Die Nachteile, die in einer Gießerei durch
zu heißen Sand entstehen, zeigen sich darin, daß tongebundene Sande im Feuchtigkeitsae
, halt zu stark variieren, also sehr veränderliche Verformungseigenschaften
besitzen. Im weiteren neigt warmer Formsand, speziell beim Anliegen an Metallmodellplatten,
infolge Kondensation zum Kleben. Ferner kann warmer,' feuchter Formsand schlecht
oder überhaupt nicht gesiebt werden. Es muß also ein für die Wiederaufbereitung
des Formsandes höchst wichtiger Vorgang, das Sieben, wegfallen oder qualitativ ungenügend
ausgeführt werden wegen zu großer Maschenweite.
-
Versuche zeigen, daß eine wirksame Kühlung von Formsand wirtschaftlich
nur durch Verdunsten von Wasser durchgeführt werden kann. Sämtliche Vorschläge,
bei denen Forinsand gewirbelt, geworfen, gesiebt, durch unflaufende 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 austragen,
weil diese Beimischungen sich in feinster Verteilung im Formsand befinden.
-
Ein bekanntes Verfahren zum Kühlen des Formsandes besteht darin, daß
der Formsand gegebenenfalls nach zusätzlicher Befeuchtung in lockerer Schüttung
auf eine luftdurchlässige Unterlage aufgebracht wird und Luft durch den Formsand
hindurchgeleitet wird, wobei dieser sich gegenüber der luftdurchlässigen Unterlage
in Ruhe befindet. Dieses Verfahren hat sich, wenn heißer Sand gekühlt werden soll,
der vor Einleitung des Kühlprozesses stark angefeuchtet werden darf, bewährt. Handelt
es sich um die Rückkühlung von weniger stark erhitztem Formsand, der vor Durchführung
der Kühlung nur wenig oder überhaupt nicht befeuchtet werden darf, so könnte eine
Rückkühlung 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 Formsandes so stark absinkt, daß die für die Kühlung
notwendige Luftmenge nicht mehr durch die Forinsandschicht hindurchgeleitet werden
konnte, ohne dieselbe stellenweise zu durchbrechen.
-
Beim bekannten Verfahren ist die Unterlage mit sehr grob verteilten,
relativ großen öffnungen versehen, die ein absolut freies Durchströmen der Luft
zulassen bzw. derselben überhaupt keinen Strömungswiderstand entgegensetzen. Somit
kann also die Luft ungehindert in die Sandsicht eintreten. Der Grund für die obenerwähnten
in der Sandschicht auftretenden Durchbrüche ist somit nicht nur in einer ungenügenden
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 vergrößern oder zu erweitern, was seinerseits wiederum einer
Erhöhung der Luftgeschwindigkeit im Kanal ruft. Wie schon erwähnt, kann die Unterlage
dieser Erhöhung der Luftgeschwindigkeit nicht entgegenwirken. Währenddem also durch
den erweiterten Kanal eine relativ große und beim Auftreten von daraus resultierenden
Durchbrüchen praktisch die gesamte Kühlluftinenge durchtritt, wird die übrige Fläche
der Sandschicht von der Luft nicht durchströmt und infolgedessen auch nicht mehr
gekühlt.
-
Die vorliegende Erfindung bezweckt deshalb, eine Vorrichtung zur Kühlung
von Formsand zu schaffen, welche eine Rückkühlung auch von weniger stark erhitztem
Forinsand zuläßt, also z. B. in Fällen, wo der Forinsand nur von 60 auf
30' C rückgekühlt
werden muß. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
zeichnet sich nunmehr dadurch aus, daß die luftdurchlässige Unterlage eine Vielzahl
von über deren Fläche verteilten öffnungen mit maximalem Öffnungsquerschnitt von
gesamt 3% der Fläche der Unterlage aufweist.
-
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 Verteilung derselben und andererseits zur Verhinderung
von Durchbrüchen der Sandschicht.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, 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 Strömungsgeschwindigkeiten erreicht werden, im
turbulenten Gebiet liegt. Nachdem aber nun der Strömungswiderstand bei Zunahme der
Strömungsgeschwindigkeit in der Unterlage bedeutend stärker zunimmt als in der Sandschicht,
wirkt die öffnung in der Unterlage als Drosselstelle für die Luft und verhindert
somit ein Anwachsen der Strömungsgeschwindigkeit auf einen Wert, welcher ein Aufreißen
der Sandschicht zur Folge hätte.
-
Anschließend werden zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt
durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kühleinrichtung, gemäß Linie
1-1 in F i g. 2, F i g. 2 einen Querschnitt gemäß Linie
11-11 durch die Kühleinrichtung von F i g. 1,
F i g. 3 einen
vergrößerten Querschnitt durch eine Trennstelle zwischen zwei Blechabschnitten und
eine Luftdurchtrittsöffnung in der Unterlage der Kühleinrichtung gemäß Linie III-111
in F i g. 4, F i g. 4 einen Ausschnitt der Unterlage gemäß F i
g. 1 bis 3,
F i g. 5 ein Diagramm für den Durchflußwiderstand
der Kühlluft durch die Luftdurchtrittsöffnungen und durch den Forrnsand, F i
g. 6 einen vergrößerten Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles durch
eine Luftdurchtrittsöffnung in der Unterlage der Kühleinrichtung gemäß Linie V-V
in F i g. 7,
F i g. 7 einen Grundriß der F i g. 6,
F i
g. 8 einen Ausschnitt der Unterlage mit Ab-
deckungen gemäß F i
g. 6 und 7 im Grundriß.
-
Ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt in den F i g. 1
bis 4 einen
Mischtrog 1, in welchem eine Welle mit schräggestellten Schaufeln 2 angeordnet
ist und in dem sich Formsand 3 befindet. Ein Motor 4 treibt die Welle mit
den schräggestellten Schaufeln 2 an. Der zu kühlende Sand wird vom Förderband
5 zugeführt und kann durch eine Düse 31 befeuchtet werden. Der Formsand
3 verläßt den Mischtrog 1
durch den Auslauf 6. Das Pendelrohr
7 streut den Formsand in bekannter Weise gleichmäßig über die ,gesamte Breite
eines Vibrationsbleches 8 auf. Das Vibrationsblech 8 wird durch eine
Unwucht 9 in Vibration versetzt. Vom Vibrationsblech 8 gleitet der
Formsand in lockerer Schüttung und gleichmäßiger Höhe über die gesamte Breite auf
die luftdurchlässige Unterlage 10, die als Förderband ausgebildet ist. Das
Förderband 10 besteht aus gelenkig miteinander verbundenen Blechabschnitten
30. Die Trennfugen der einzelnen Blechabschnitte 30 sind gemäß F i
g. 3 in bekannter Weise durch Gummistreifen 34 abgedichtet. In den Blechabschnitten
30 sind in gleichmäßiger Verteilung öffnungen 25 für den Durchtritt
der Kühlluft vorgesehen, wie beispielsweise in F i g. 4 dargestellt. Das
Förderband 10 bewegt sich mit seinem oberen Teil in Richtung des Pfeiles
33 gemeinsam mit dem über die ganze Breite des Förderbandes lose aufgeschütteten
Formsand 32 über einen Kasten 11, dessen obere Ränder 17 gegen
die untere Seite des Förderbandes 10 abgedichtet sind. Die beiden Rohrleitungen
12 führen die Kühlluft in den Kasten 11. Gemäß dem in F i g. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel leitet der Kasten 11 die Kühlluft auf die Unterseite
des Förderbandes 10. Die Breite des Kastens 11 entspricht der Breite
des Förderbandes 10, und die Länge des Kastens 11 erstreckt sich bis
mindestens unter die Sandaufgabestelle 35. Dadurch wird erreicht, daß Kühlluft
schon durch die öffnungen 25 tritt, bevor Formsand 32 auf das Förderband
10 aufgeschüttet wird. Diese Maßnahme verhindert einerseits ein Verstopfen
der öffnungen 25 mit Formsand, andererseits entsteht aber auch eine noch
stärker aufgelockerte Schüttung des Formsandes. Mit 13 ist eine Haube bezeichnet,
durch welche die mit Wasserdampf gesättigte, aus dem Formsand 32 austretende
Kühlluft abgesaugt wird. Am Ende des Förderbandes 10 ist die Kühlung des
Forrnsandes 32
beendet, und der Sand wird auf ein Band 14 entleert. Das Band
14 führt den Formsand der Weiterverarbeitung zu. Ein Ventilator 16 pteßt
die erforderliche Kühlluft durch die Zuleitungen 1-2 in den Kasten 11.
-
In F i g. 2 ist eine weitere Zuführungsleitung 18
ersichtlich,
welche an der Stelle 19 in zwei Rohrstränge 20 und 21 aufgeteilt ist. Die
beiden Rohrstränge 20 und 21 erstrecken sich quer über die Breite des untersten
Stranges des Förderbandes 10.
Durch Düsen 23 in den Rohrsträngen 20
und 21 kann Preßluft gegen die beiden Seiten des Förderbandes 10 geblasen
werden, um allfällig am Förderband 10 anhaftenden Formsand zu entfernen.
Durch die Bleche 24 wird Formsand, welcher vom zurückkehrenden Teil des Förderbandes
10 weggeblasen wurde oder abfällt, auf das Band 14 geleitet.
-
In den F i g. 6 und 7 ist in vergrößertem Maßstab eine
Luftdurchtrittsöffnung 25 dargestellt. Auf der Oberseite des Förderbandes
10 sind über den Luftdurchtrittsöffnungen 25 Abdeckbleche
26 angeordnet, welche durch Niete 27 auf dem Förderband
10 befestigt sind. Durch Pfeile und Kreuze mit den Bezugszeichen
28 sind in F i g. 7 die Stellen bezeichnet, an welchen die Kühlluft
in den Formsand 32 eintritt. An Stelle der in F i g. 6 und
7 dargestellten Ab-
deckungen 26 können auch Abdeckungen mit
drei oder mehr Austrittsöffhungen angewendet werden. In zweckmäßiger Weise werden
die Abdeckungen 26
über die Fläche der Blechabschnitte 30 in gleichmäßiger
Verteilung angeordnet, wie in F i g. 8 dargestellt.
-
Für beide Ausführungsforinen ist der Lochdurchmesser 36 und
die Verteilung bzw. die Lochdistanz 37 der Durchtrittsöffnungen so zu bemessen,
daß mindestens !io mm Druckabfall in der Unterlage entsteht. Die F i g. 5
zeigt in einem Diagramm den Durchflußwiderstand der Kühfluft durch die Luftdurchtrittsöffnungen
und durch den Formsand bei einer Luftmenge zwischen 50 und 300 m3
pro
Stunde und Quadratmeter Kühlfläche. Unter Quadratmeter Kühlfläche
ist dabei die nutzbare Fläche der Unterlage, auf die der kühlende Sand aufgeschüttet
wird, verstanden. Der Pfeil 38 zeigt die Werte der Luftmenge an, die in der
Abszisse aufgetragen sind. Vom Wert Null der Abszisse an abwärts zeigt der Pfeil
39 die Werte für den Durchflußwiderstand in der Unterlage an. Die angegebenen
Zahlen dieser Ordinate entsprechen dem Druckabfall in der Unterlage in Millimeter
Wassersäule. Vom Wert Null der Abszisse an aufwärts gibt der Pfeil 40 den Durchflußwiderstand
durch eine 100 mm hohe, lose aufgeschüttete Sandschicht bei verschiedenen
Feuchtigkeitsgehalten des Formsandes ebenfalls in Millimeter Wassersäule an. In
den Durchtrittsöffnungen der Unterlage erzeugt die Kühlluft im Bereich der praktisch
zur Anwendung gelangenden Luftmengen und Luftge,schwindigkeiten eine turbulente
Strömung. Der Druckabfall verändert sich bei turbulenter Strömung proportional dem
Quadrat der Geschwindigkeit. Aus diesem Grunde ergibt der untere Teil des Diagramms
eine Parabel. Im Formsand erzeugt die durchtretende Kühlluft eine laminare Strömung,
wobei sich der Druckabfall direkt proportional der Geschwindigkeit der Kühlluft
verändert. Der obere Teil des Diagramms enthält aus diesem Grunde gerade Linien,
welche den Werten für Feuchtigkeitsgehalte von 2 bis 7% Wassergehalt des Formsandes
entsprechen. Mit gestrichelten Linien41 ist ein Beispiel in das Diagramm eingetragen,
welches den Druckabfall in der Unterlage und im Formsand für eine Kühlluftmenge
von 140 m3 pro Stunde und Quadratmeter Kühlfläche angibt. Das Beispiel zeigt, daß
bei 3,5% Wassergehalt für je 100 mm Sandschicht ein Druckabfall von 65 mm
Wassersäule im Formsand entsteht, während der Druckabfall in den Durchtrittsöffnungen
der Unterlage 70 mm Wassersäule beträgt. Sinkt infolgemangelhafterSchüttungdesForinsandes
der Druckabfall in der Sandschicht auf z. B. 50 mm Wassersäule ab, so entstehen
in der Unterlage Druck- und Strömungsverhältnisse wie in F i g. 5
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 zunimmt,
und zwar infolge der praktisch vorherrschenden turbulenten Strömung in den öffnungen
25. Somit verhindert die beschriebene Ausbildung der Unterlage bzw. der Öffnungen
derselben ein Anwachsen der Luftmenge bzw. der öffnungen derselben ein Anwachsen
der Luftmenge bzw. der Strömungsgeschwindigkeit in der Sandschicht auf ein Maß,
bei welchem Sand oder dessen Feinanteile aus der Schicht ausgetragen würden.
-
Die in den F i g. 1 bis 4 gezeigte Einrichtung arbeitet wie
folgt: über das Förderband 5 wird der zu kühlende Forinsand dem Mischtrog
1 zugeführt und während des Mischens gleichzeitig, falls notwendig, angefeuchtet.
Der Fonnsand verläßt den Mischtrog 1 noch warm und wird auf das Förderband
10 in lockerer Schüttung aufgebracht. Das Pendelrohr 7 und das Vibrationsblech
8 sorgen dafür, daß der Formsand 32 über die ganze Breite des Förderbandes
10 in annähernd gleicher Höhe aufgebracht wird. Der Ventilator
16 preßt die Kühlluft durch die Zufuhrleitungen 12 in den Kasten
11
und von hier durch die Durchtrittsöffnungen 25 und den Formsand
hindurch.
-
Für vorzugsweise günstige Betriebsfälle beträgt der Druckabfall beim
Durchgang der Kühlluft durch die Unterlage 10 bis 50 mm Wassersäule
pro 100 mm Schichthöhe des Formsandes. Die in F i g. 5 bis
7
dargestellte Einrichtung arbeitet analog der vorbeschriebenen Arbeitsweise
des Ausführungsbeispieles von F i g. 1 bis 4. Ein Unterschied besteht nur
darin, daß die Kühlluft, welche durch die öffnungen 25 des Förderbandes
10 gelangt, nicht direkt in den Formsand 32 eintreten kann. Die Abdeckungen
26
bewirken eine Ablenkung der Kühlluft und dadurch eine andere Verteilung
der Eintrittsstellen 28 der Kühlluft in den Formsand.
-
Dadurch, daß man vom gesamten Druckabfall beim Durchgang der Kühlluft
durch das Förderband 10 und den Fonnsand 32 einen Teil, z. B.
5 bis 25 % des Druckabfalles, in das Förderband 10 verlegt,
wird eine intensive Kühlung des Formsandes 32 ermöglicht. Besteht nämlich
örtlich, infolge ungenügender Luftdurchlässigkeit der Forinsandschicht
32
oder wegen 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 Durchtrittsöffnungen 25 an und verhindert
wirksam das Aufreißen der Formsandschicht 32. Diese Maßnahme ist auch deshalb
so wirkungsvoll, weil die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in den Durchtrittsöffnungen
25 praktisch im turbulenten Gebiet und durch den Formsand im laminaren Gebiet
liegen. Gemäß den physikalischen Gesetzen verändert sich der Druckabfall im turbulenten
Strömungsgebiet proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit, während er sich im
laminaren Strömungsgebiet nur direkt proportional der Strömungsgeschwindigkeit verändert.
Auf diese Weise wird es möglich, auch Formsand von nur mäßiger Temperatur, wie er
beim Herstellen dünnwandiger Gußstücke anfällt, auf nahezu Raumtemperatur abzukühlen.
Nach dem beschriebenen Verfahren kann pro Quadratmeter Förderband etwa
3 t Forinsand pro Stunde rückgekühlt werden, ohne Bindeton, Kohlenstaub oder
andere wertvolle Feinanteile auszutragen.