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Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von gebrauchtem Gießereiformsand
Um beim Abgießen von Sandformen mit flüssigem Metall einwandfreie Abgüsse zu erhalten,
ist eine wichtige Voraussetzung, daß Formsand mit möglichst niedriger Temperatur
verwendet wird. In Gießereien mit Fließbetrieb ist die Sandumlaufzeit meist so kurz,
daß die Zeit für eine natürliche Abkühlung nicht vorhanden ist. Es ist dann erforderlich,
den gebrauchten Sand vor der Weiterverarbeitung zu kühlen. Angestrebt wird hierbei,
die Formsandtemperatur bis auf Raumtemperatur oder wenig darüber abzusenken.
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Bekannte Kühlverfahren, bei denen der Formsand in Trommeln, Kaskaden
oder Schleudern einer Kühlung durch Luft unterworfen wird, haben sich nicht als
wirtschaftlich erwiesen. Es müssen umfangreiche und aufwendige Geräte eingesetzt
und große Luftmengen abgesaugt werden. Der Aufwand an Investitions- und Betriebskosten
ist daher erheblich.
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Ferner ist es bekannt, den gebrauchten Formsand mit einem gewissen
Wassergehalt in lockerer Schüttung und annähernd gleicher Schichthöhe auf ein luftdurchlässiges
Transportband zu geben und durch die Sandschicht Luft hindurchzusaugen. Dabei soll
der Formsand während der ganzen Dauer des Kühlvorgangs auf der luftdurchlässigen
Unterlage unverändert liegenbleiben. Damit wird angestrebt, die beim Aufsieben des
feuchten Sandes auf das Transportband erzielte lockere Schüttung, also die gute
Luftdurchlässigkeit der Sandschicht beizubehalten. Auch diese Einrichtung bedingt
einen erheblichen Aufwand. Es ist eine lange oder entsprechend breite Kühlstrecke
erforderlich, um den Formsand im niedrigen Temperaturbereich bis auf Raumtemperatur
zu kühlen.
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Es ist auch schon angeregt worden, den auf einen bestimmten Wassergehalt
gebrachten Formsand auf eine Förderstrecke mit poröser Unterlage zu bringen und
ihn - wie für das Fördern von pulverförmigen Gütern an sich bekannt - mittels von
unten her durch die Unterlage geblasener Luft in eine fließfähige Wirbelschicht
überzuführen und das Abfließen der Wirbelschicht in der Austragrichtung durch eine
leichte Neigung der Unterlage zu erzwingen. An sich würde bei Anwendung der Wirbelschichtförderung
eine intensive Kühlung zu erwarten sein, da die einzelnen Gutkörner während des
ganzen Kühlvorgangs aufgelockert und auf ihrer ganzen Oberfläche von Luft umspült
sind, so daß der an ihnen haftende Feuchtigkeitsfilm auch in niedrigem Temperaturbereich
rasch verdunstet. Es würde also durch lebhafte Verdunstung von Wasser der ganze
Vorgang beschleunigt. Man könnte daher mit einer kurzen Kühlstrecke und einem geringen
baulichen Aufwand und geringen Betriebskosten auskommen.
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Die Wirbelschichtförderung kann nur bei solchem Gut mit Erfolg angewendet
werden, das - wie z. B. Zement - im ganzen aus einem feinen Pulver bzw. so kleinen
Körnern besteht, die sicher von dem Luftstrom über der Unterlage im Schwebezustand
gehalten werden. Der Luftstrom darf selbstverständlich nicht so stark bemessen werden,
daß er feine Bestandteile in einem unvertretbaren Ausmaß fortträgt.
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Bei Gießereiformsand sind diese Voraussetzungen nicht gegeben. Der
Formsand enthält für gewöhnlich sehr unterschiedliche Korngrößen. Es läßt sich bei
vertretbarer Bemessung des Luftstromes nicht vermeiden, daß ein Teil des Sandes
nicht in die fließfähige Wirbelschicht eingeht. Wollte man das Wegfließen des Sandes
- wie vorgeschlagen - durch eine leichte Neigung der Unterlage in Austragrichtung
erzwingen, so käme man damit nicht zum Ziel. Es würden nur die von dem Luftstrom
schwebend gehaltenen feinen Teilchen abfließen. Die gröberen Teilchen würden auf
der Unterlage liegenbleiben und bald die in der Unterlage vorgesehenen Poren verstopfen.
Um auch diese Teilchen zum Fließen zu bringen, müßte man die Neigung der Unterlage
größer als den Reibungswinkel zwischen Gut und Unterlage wählen. Dann wäre aber
die Unterlage so stark geneigt, daß die Wirbelschichtförderung nicht mehr durchgeführt
werden könnte. Die günstigsten Bedingungen für die Wirbelschichtförderung sind gegeben,
wenn die Unterlage waagerecht oder annähernd waagerecht liegt.
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Gemäß der Erfindung wird bei Anwendung der Wirbelschichtförderung
die Förderung in der Austragrichtung durch Vibration bewirkt. Hierdurch
ist
es gelungen, auch diejenigen Teilchen, die der Luftstrom nicht von der Unterlage
abheben kann, mit den schwebenden Teilchen zum Abwandern in der Austragrichtung
zu bringen, so daß die Poren der Unterlage nicht verstopfen können. Dabei werden
die gröberen Teilchen wie die feinen Teilchen allseitig von der Luft umspült, und
die an ihnen haftende Feuchtigkeit wird zum Verdunsten gebracht.
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Es ist somit die Aufgabe gelöst, die intensive Kühlung, die bei Anwendung
der Wirbelschichtförderung auf der Kühlstrecke infolge weitgehender Auflockerung
des Gutes innerhalb eines Luftstromes zu erwarten ist, bei Gießereiformsand zu verwirklichen.
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Zum Stand der Technik sei noch ein bekannter Vorschlag zum Kühlen
von Gießereiformsand erwähnt, nach dem das Gut auf einer in Lenkerführungen aufgehängten
Schüttelrinne mit in Abstand schuppenartig übereinandergreifenden Leitblechen durch
entsprechend durchgeführtes Schütteln von Leitblech zu Leitblech fallen und auf
der Fallstrecke zwischen den Leitblechen von einem Luftstrom durchsetzt werden soll.
Abgesehen davon, daß es sich hier nicht um einen Vibrationsantrieb mit kurzen Arbeitshüben
handelt, kann auch nicht annähernd die Kühlwirkung wie bei Anwendung der Wirbelschichtförderung
erzielt werden, denn die Kühlluft durchdringt nur an verhältnismäßig weit auseinander
liegenden Stellen das von Leitblech zu Leitblech nur um eine kurze Strecke fallende
Gut. Ein die Luft leicht durchlassender Gutschleier entsteht in der Fallstrecke
nur dann, wenn auf der Förderrinne eine sehr dünne Gutschicht liegt, also die Förderleistung
klein ist.
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über der luftdurchlässigen Unterlage der Kühlstrecke sind bevorzugt
quer zur Förderrichtung verlaufende Staubleche vorgesehen, deren Abstand von der
Unterlage einstellbar ist. Auf diese Weise ist eine gleichmäßige Sandschicht auf
der Unterlage gewährleistet. Außerdem kann mit den Staublechen, die auf den Gutstrom
bremsend wirken, die Fördergeschwindigkeit und somit die Verweilzeit des Sandes
auf der Kühlstrecke beeinflußt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist als Eingangsstation für
den gebrauchten heißen Formsand ein Pufferbehälter über einem Abzugförderer angeordnet,
der in ein der Kühlstrecke vorgeordnetes Mischgerät mit Befeuchtungseinrichtungen
fördert, wobei ein in den Pufferbehälter eingebauter Temperaturfühler, vorzugsweise
ein Thermoelement, einen den Wasserzufluß zum Mischgerät einstellenden Proportionalregler
steuert. Hierdurch ist gewährleistet, daß von vornherein auf die Kühlstrecke eine
gleichbleibende einstellbare Sandmenge gegeben wird, die einer bestimmten Schichthöhe
auf der Kühlstrecke entspricht. Aus diesem Grunde ist die Wasserzugabe in dem Mischer
nur von der Sandtemperatur vor dem Mischer abhängig und daher mit geringem Aufwand
zu regeln.
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Wenn dem Pufferbehälter weniger Sand zuläuft, als von dem Abzugförderer
weggeführt wird, so kann der Fall eintreten, daß sich der Pufferbehälter vollständig
entleert und schließlich eine kleinere als die gewünschte Sandmenge auf die Kühlstrecke
gelangt und dadurch ein Mißverhältnis in der Wasserzugabe entsteht. Das kann auf
einfache Weise dadurch verhindert werden, daß in dem Pufferbehälter ein Füllstandzeiger
vorgesehen wird, der beim Austauchen aus dem Sand die Wasserzugabe abschaltet.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf ein in der Zeichnung
vorwiegend schematisch dargestelltes Beispiel erläutert.
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Der gebrauchte heiße Formsand wird durch einen Förderer 1 einem Vibrationssieb
2 zugeführt. Durch das Vibrationssieb 2 werden die Knollen oder andere Verunreinigungen
abgesiebt. Die Enteisenung des Sandes geschieht zweckmäßig schon vor dem Förderer
1 durch nicht dargestellte bekannte Einrichtungen. Unterhalb des Siebes 2 ist zur
Aufnahme des gesiebten Sandes ein Pufferbehälter 3 angeordnet, in dem der Formsand
gestaut wird. Zum Austragen des Sandes ist unterhalb des Pufferbehälters 3 ein beim
Ausführungsbeispiel mit einem Vibrationsantrieb versehener Abzugförderer 6 vorgesehen.
Die von dem Abzugförderer 6 in der Zeiteinheit abgeführte Sandmenge ist konstant.
Sie ist durch die lichte Weite des über dem Förderer 6 befindlichen Austragschlitzes
bestimmt, der durch ein mit 7 bezeichnetes Staublech eingestellt werden kann. Die
jeweilige Füllstandhöhe in dem Pufferbehälter 3 hat auf die Fördermenge keinen Einfluß.
Daher wirkt der Pufferbehälter bei unregelmäßigem Sandanfall ausgleichend.
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Der durch den Förderer 6 aus dem Pufferbehälter 3 abgezogene Sand
geht in ein Mischgerät 9. In dem Mischgerät 9 wird dem Formsand Wasser zugegeben,
und zwar richtet sich die Wasserzugabe nach der Temperatur des in gleichbleibender
Menge ankommenden Formsandes. Hierzu ist in dem Pufferbehälter 3 ein Temperaturfühler
5, z. B. ein Thermoelement, vorgesehen, das einen die Wasserzugabe einstellenden
Proportionalregler 8 steuert. Zur Anpassung der Wasserzugabe an die an dem Förderer
6 eingestellte Fördermenge ist der Regler 8 von Hand nachstellbar.
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Oberhalb des Temperaturfühlers 5 ist in den Pufferbehälter 3 ein Füllstandanzeiger
4 eingebaut, der den Sandzufluß überwacht und bei Ausbleiben des Sandzuflusses die
Wasserzugabe abschaltet, sobald der Sandspiegel unterhalb des Füllstandanzeigers
abgesunken ist.
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In dem beim Ausführungsbeispiel mit einer Förderschnecke ausgerüsteten
Mischgerät 9 wird das zugegebene Wasser mit dem heißen Formsand homogen vermischt.
Hierbei verdampft ein Teil des zugegebenen Wassers, wodurch die Temperatur des Sandes
mindestens bis auf 100° C absinkt. Der Wasserdampf wird durch eine oberhalb des
Mischgerätes 9 angeordnete Absaughaube abgezogen.
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Der aus dem Mischgerät 9 austretende Sand mit einer Temperatur von
höchstens 100° C und einem Restwassergehalt von beispielsweise 3 % wird einer Kühlstrecke
zugeleitet, auf der die Kühlung des Sandes bis auf Raumtemperatur oder wenig darüber
fortgesetzt wird. Beim Ausführungsbeispiel ist der Kühlstrecke ein Bandförderer
10 vorgeschaltet. Die Kühlstrecke ist durch eine Förderrinne 11 gebildet, die in
an sich bekannter Weise mittels Schwingungserzeugern in eine derart gerichtete Vibration
versetzt wird, daß der Sand in Austragrichtung abfließt. Oberhalb der Förderrinne
1.1 sind quer zur Förderrichtung gestellte Staubleche 12 in Abständen angeordnet.
Der Abstand der unteren Kanten der Staubleche 12 von dem die Unterlage für den Formsand
bildenden Boden der Förderrinne 11. ist einstellbar.
Hierzu können
die Staubleche 12 als Flach- oder Drehschieber ausgebildet sein. Die Staubleche
sorgen dafür, daß der Sand auf dem Boden der Förderrinne 11 gleichmäßig verteilt
wird. Je nach ihrem Abstand vom Rinnenboden wirken die Staubleche mehr oder weniger
bremsend auf den Sandstrom und bestimmen somit die Verweilzeit des Sandes in der
Förderrinne.
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Der Boden der Förderrinne 11 besteht aus einem porösen Werkstoff,
z. B. einem Sinterwerkstoff, und ist daher luftdurchlässig. Ein Gebläse 14 drückt
die Kühlluft in einen unterhalb der Förderrinne vorgesehenen Verteilungsraum, aus
dem die Luft durch den porösen Rinnenboden und die auf ihm befindliche Formsandschicht
gleichmäßig verteilt abströmt. Die Förderleistung des Gebläses 14 ist so bemessen,
daß der Formsand auf dem Rinnenboden eine Wirbelschicht bildet. Hierdurch kommt
der größte Teil des in dem Sand enthaltenen Restwassers zum Verdunsten, wobei die
Verdunstungswärme vornehmlich dem Sand entnommen wird und diesen intensiv kühlt.
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Oberhalb der Kühlförderrinne 11 sind Absaugvorrichtungen angeordnet,
die die durch die Sandschicht hindurchgetretene Luft absaugen. Beim Ausführungsbeispiel
wird die Saugluft über einen Abscheider 15 geführt, in welchem etwa mitgerissene
Feinteile des Sandes ausgeschieden werden. Die ausgeschiedenen Feinteile können
dem aus der Kühlförderrinne 11 ausgetragenen Sand entweder ganz oder teilweise kontinuierlich
wieder zugeführt werden.
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Wenn der dem Pufferbehälter 3 zulaufende Formsand bereits eine Temperatur
unter 100° C hat und einen für die Behandlung auf der Kühlförderrinne ausreichenden
Feuchtigkeitsgehalt aufweist, kann auf das Mischgerät 9 verzichtet bzw. dieses ohne
Wasserzugabe betrieben werden.
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Die Seitenverkleidungen der Kühlförderrinne 11 und die verstellbaren
Staubleche 12 sind vorzugsweise aus einem korrosionsfesten Material hergestellt
oder mit einem solchen überzogen. Als korrosionsfestes Material kommt z. B. nichtrostender
Stahl oder Kunststoff in Betracht. Hierdurch wird bezweckt, daß der gleichmäßige
Sandfluß nicht durch Oberflächenveränderungen an den den Sand führenden Teilen gestört
wird.